Cette thèse cible l'évolution Néogène de la branche sud de l'arc alpin occidental. Une approche multi-méthodes associant études de terrain, sismotectonique et thermochronologie basse température y met en évidence un régime tectonique complexe ainsi qu'une évolution morphologique et structurale originale au sein de l'arc. La fracturation s'organise autour d'un faisceau d'accidents NW-SE, à jeu principalement dextre, accompagnant la courbure de l'arc et commandant structure et morphologie. Par ailleurs, à l'échelle des massifs, une structuration en failles normales conjuguées NE-SW traduit une extension parallèle à la chaîne. D'autres failles normales traduisent une extension perpendiculaire à la chaîne. L'inversion des données microtectoniques a permis de caractériser des régimes de paléocontraintes décrochant et extensif. L'absence d'une chronologie cohérente à l'échelle régionale suggère que ces régimes ont coexisté. Je propose que ces régimes constituent deux extrêmes d'un régime de contrainte unique variable, résultant de l'interférence entre un champ de contraintes extensif, à tendance multidirectionnelle et propre à la partie interne, surépaissie de la chaîne, et un champ de contraintes décrochant à transpressif commandé aux limites de la chaîne. L'analyse sismologique montre que l'arc interne subit actuellement un régime transtensif en zone Briançonnaise et un régime purement extensif en Zone Piémontaise, plus interne. La direction d'extension reste proche d'E-W, comme plus au nord à la latitude du Pelvoux, et indépendante de la courbure de l'arc. La caractérisation du régime extensif actuel en termes de directions tangentes ou radiales à l'arc est donc ici inadaptée. La Zone Externe présente un régime globalement transpressif à nuancer puisqu'elle est également affectée par de l'extension dans sa partie la plus interne. Je propose une corrélation entre la zone subissant l'extension et la zone d'épaisseur crustale maximum. Ce modèle s'inspire et étend celui proposé par [Delacou et al., 2004]. Il favorise un processus d'extension lié à un effondrement gravitaire de la chaîne. La structure arquée concerne surtout la croûte supérieure, les structures plus profondes étant plus linéaires. Ce découplage vertical des structures est probablement hérité du poinçonnement syncollision oligocène, responsable de la formation de l'arc interne. Il peut expliquer qu'au Néogène le découplage tectonique entre arc interne en extension et zone externe en transpression ne réactive pas, près de la surface, l'ancien front chevauchant de l'arc interne, comme c'est le cas plus au nord au sein de l'arc. Quelques nouvelles données thermochronologiques (traces de fission dans l'apatite), replacées dans une synthèse des données existantes, confirment que les Alpes sud-occidentales ont connu une évolution structurale et morphologique originale au Néogène. Les zones internes présentent un refroidissement final homogène et rapide dès la fin de l'Oligocène. Le saut d'âge entre zone externe et zones internes, récemment mis en évidence à la latitude du Pelvoux, est confirmé dans l'ensemble de la branche sud de l'arc. Il témoigne de l'inversion du front chevauchant des zones internes peu de temps après le paroxysme de la collision. Je relie l'exhumation rapide des zones internes de la branche sud à la forte érosion d'une cordillère alpine axée sur les zones internes au front du poinçon apulien. La quantification de l'évolution du relief à partir du système traces de fission sur Apatite a été testée sur la base de deux transects échantillonnés dans les massifs du Pelvoux et Dora-Maira. Les relations âges-altitudes à différentes longueurs d'onde permettent d'estimer un taux d'exhumation moyen de 0.4km/Ma pour le Pelvoux au cours des 7 derniers Ma, et de 0.1Km/Ma pour Dora-Maira au cours des 20 derniers Ma. Pour ces deux massifs, aucune évolution probante du relief n'est mise en évidence. On souligne dès lors le manque de résolution du système apatite pour quantifier l'évolution du relief. Une synthèse des résultats permet de proposer que la déformation soit le résultat d'un équilibre instable entre l'étalement de la chaîne sous l'effet des forces de volume et la cinématique complexe de l'Apulie qui intègre à la fois une composante en translation et une composante rotationnelle.

Les dômes métamorphiques extensifs associés à des zones de détachement ont été identifiés dans le Basin & Range (U.S.A.) à la fin des années 70. Ces structures résultent de l'extension d'un domaine crustal épaissi et thermiquement relaxé, autrement dit d'une extension post-orogénique. Les détachements présents en surface sont considérés comme des failles normales ou des zones de cisaillement à faible pendage séparant le dôme métamorphique d'une unité de croûte supérieure cassante. En profondeur, ces dômes se caractérisent par une géométrie planaire du Moho. Pour comprendre les relations entre l'exhumation du dôme, la formation d'un détachement et la géométrie planaire du Moho, des modèles numériques et analogiques ont été réalisés en se basant sur l'idée simple d'une extension post-orogénique, comme condition générale favorable à la formation des dômes métamorphiques. Le développement des dômes se caractérise par deux étapes majeures : une instabilité en striction de la croûte supérieure fragile et l'amplification du dôme, accommodée par l'écoulement de la croûte ductile en profondeur. Le processus d'exhumation et d'écoulement en profondeur s'étend sur de larges distances (de l'ordre de la centaine de km), impliquant une extension régionale. L'analyse de la déformation des dômes montre que les détachements ne sont pas créés en tant que tels dès le début de l'extension, mais qu'ils résultent d'un processus de localisation de la déformation, lors de l'amplification du dôme. Il est donc proposé que les détachements ne soient donc pas la cause mais plutôt la conséquence de l'exhumation des dômes métamorphiques. La détermination de l'épaisseur crustale à partir des données gravimétriques du domaine égéen a permis d'analyser les effets du comportement de la croûte ductile sur un exemple concret. Trois provinces se distinguent en termes d'épaisseur crustale : le Nord Egée, la Mer de Crête et les Cyclades avec une moyenne de 25 km à l'échelle régionale. Depuis l'Oligo-Miocène, l'extension du domaine égéen résulte d'un effondrement gravitaire post-orogénique, dû au retrait vers le sud de la zone de subduction sud-hellénique. Cette extension est responsable d'un amincissement proche de 100% de la croûte continentale, par écoulement de la croûte ductile à grande échelle, et de la formation des dômes métamorphiques observés en particulier dans les Cyclades. L'extrusion récente de l'Anatolie, depuis 5 Ma, a modifié le style de déformation dans le Nord Egée, tandis qu'en Mer de Crête, l'extension semble toujours principalement contrôlée par la migration de la zone de subduction. Entre ces deux zones d'extension récente, le domaine des Cyclades se comporte comme un bloc rigide.