Ce travail de thèse a pour but de mieux documenter les processus majeurs qui ont lieu lors de la collision alpine : le raccourcissement crustal, l'évolution thermique et les circulations de fluides. La première partie de ce travail apporte de nouvelles données thermo-chronologiques U-Th-Sm/He sur zircon (ZHe) et RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material, Tmax) sur le massif des Aiguilles Rouges. Ces données sont intégrées à l'histoire thermique de ces massifs et utilisées pour contraindre l'évolution structurale de la marge dauphinoise proximale lors de son inversion. La seconde partie de ce travail consiste en la mise au point d'une nouvelle méthode de restauration des coupes qui ont subi de fortes déformations ductiles. Le travail de terrain a de plus permis de définir le cadre structural et microstructural de l'étude des circulations de fluides à l'interface entre socle et couverture dans ces mêmes bassins du massif de l'Oisans. Les données géochimiques (isotopie, microthermométrie des inclusions fluides, éléments traces) montrent que des fluides (en faible quantité) dérivés du socle ont percolé à la base de la couverture dès l'initiation du raccourcissement collisionnel. Ces résultats permettent de proposer un modèle conceptuel d'évolution des circulations de fluides à l'échelle des massifs cristallins externes alpins. Dans une dernière partie, la modélisation thermomécanique de l'inversion de bassins hérités montre que la profondeur d'enfouissement tectonique joue un rôle primordial dans le style d'inversion des bassins. L'ensemble des résultats sont intégrés dans un modèle d'inversion collisionnelle de la marge européenne. / This work aims at better documenting and understanding major processes that occur during Alpine collision, such as crustal shortening, thermal evolution and fluid circulations. In the first part of the work, we provide new U-Th-Sm/He on zircon (ZHe) thermochronological data and new RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material) data for the Aiguilles Rouges. These data are integrated into the thermal histories of these massifs and used to constrain the structural evolution of the proximal Dauphinois margin during its collisional inversion. The second part of the work consists of the development of a new methodology to balance cross-sections where rocks were ductilely deformed. Finite deformation of the metasedimentary cover of the Oisans basins is used to constrain shortening. Fieldwork allowed us to define the structural and microstructural setting for the study of fluid circulations close to the basement/cover interface in the very same basins. Geochemical analyses (stable isotopes, microthermometry of fluid inclusions and trace elements) highlight that small amount of basement-derived fluids percolated into the cover as soon as the onset of collisional shortening. Those results are gathered into a conceptual model of evolution of fluid circulation through time and progressive deformation at the scale of the entire ECM. In the last part, thermomechanical modeling of inversion of inherited extensional basins show that tectonic burial is a major parameter controlling basin inversion style. Finally, all those new results are integrated into a scenario of the inversion of the European margin during Alpine collision.

Le stockage géologique du CO2 est un des enjeux scientifiques majeurs envisagés pour contrôler le réchauffement climatique lié aux gaz à effet de serre. Le stockage en domaine sédimentaire nécessite une connaissance des facteurs stabilisant/destabilisant les réservoirs, qui peut être apportée par l’étude d’analogues naturels. L’utilisation de méthodes pétrographiques, microthermométriques et géochimiques appliquées aux carottes du forage V.Mo.2 traversant le réservoir naturel de CO2 de Montmiral (France), permettent de suivre les migrations de CO2. Dans le socle Paléozoïque, les inclusions fluides carboniques témoignent de la démixtion sous forte couverture d’un fluide aquo-carbonique chaud, probablement à la fin du Crétacé ou au Paléogène, qui marquerait le remplissage du réservoir de Montmiral. L’étude des unités sédimentaires sus-jacentes montre que le CO2 est resté confiné dans les niveaux rhéto-sinémuriens sous les marnes du Domérien à l’Oxfordien Moyen. Ces marnes jouent le rôle de barrière étanche aux fluides au cours des principaux stades de circulations reconnus. Un premier stade lié à l’extension téthysienne affecte les séries sous-jacentes aux marnes. Un deuxième stade, rattaché à la compression pyrénéenne grâce à une étude de terrain, induit une karstification des séries sus-jacentes à l’écran marneux. A la base du forage, c’est à cette période que le réservoir fuit, mais cette fuite reste confinée sous l’écran marneux. La stabilité du réservoir de Montmiral est due à la présence de l’épais niveau marneux et à la structuration en blocs du bassin de Valence et de son socle limités par des failles jouant le rôle de barrière latérale. / Study of natural CO2 analogues brings key informations on the factors governing the long term stability/instability of future anthropogenic CO2 storages. The main objective of this work, through the study of cores from V.Mo.2 well crosscutting the Montmiral natural reservoir (Valence Basin, France), is to trace the deep CO2 migrations in fractures. Petrographic, geochemical and microthermometric studies of the V.Mo.2 cores were thus performed in order: 1) to describe the reservoir filling conditions and 2) to detect possible CO2-leakage through the sediments overlying the reservoir. Fluid inclusions from the Paleozoic crystalline basement record the progressive unmixing of a hot homogeneous aquo-carbonic fluid. The Montmiral reservoir was therefore probably feeded by a CO2-enriched gas component at the Late Cretaceous-Paleogene. The study of the sedimentary column in V.Mo.2 well, demonstrates that the CO2 did not migrate towards the surface through the thick marly unit (Domerian-Middle Oxfordian). These marls have acted as an impermeable barrier that prevented the upward migration of fluids. Two main stages of fluid circulation have been recognized: 1) an ante- Callovian one related to the tethysian extension 2) a tertiary stage during which the upper units underwent a karstification, with CO2 leakage related but which remained confined into the deeper parts of the Valence Basin. Since the Paleogene, the Montmiral reservoir has apparently remained stable, despite the pyrenean and alpine orogeneses. This is mainly due to the efficient seal formed by the thick marly levels and also to the local structuration in faulted blocks which apparently acted as efficient lateral barriers.