Le but de ce travail a été de réaliser des études téphrostratigraphiques sur des environnements sédimentaires variés dans le but de définir, dans un premier temps, le degré d'efficacité des techniques de détection des téphras classiquement utilisées. Le travail d'analyse des cendres volcaniques a tout d'abord été ciblé sur des téphras clés et anciennement étudiés sur des sites reconnus, en Belgique et dans le Massif du Jura, dans le but d'actualiser des données avec les techniques d'analyses performantes actuelles. Le travail a ensuite été étendu à des sites de l'Est du Massif Central, dont le potentiel téphrostratigraphique n'avait jamais été exploité, offrant ainsi la possibilité de s'assurer sans ambiguïté de la source de cryptotéphras repérés dans le Jura et en Suisse, dont l'origine était incertaine. Ce travail d'échantillonnage a été réalisé dans des milieux lœssiques, carbonatés et tourbeux permettant également de discuter des conditions de conservation des dépôts volcaniques et de leurs constituants. Les études téphro-chrono-stratigraphiques s'inscrivent fréquemment dans une réflexion sur l'impact écologique et environnemental des éruptions volcaniques. Un nombre croissant d'études tendent à montrer un impact écologique des téphras, en étant la cause de bloom de diatomées. Ce travail de thèse a permis de discuter de cet aspect environnemental qui a été mené dans le Jura, dans un environnement défavorable à la préservation des diatomées. / The challenge of this work was to carry out several tephrostratigraphic studies in various sedimentary environments in order to test the efficiency of classical detection methods of tephra layers. First, analysis has been focused on tephra keys, previously studied in known sites, in Belgium and in the Jura Mountains, in order to update data with current analytical techniques. This work was later expanded to sites from eastern French Massif Central, an area with unexploited tephrostratigraphic potential, which offers the possibility to precise the source of cryptotephras identified in the Jura and Switzerland whose origin was uncertain. This work has been carried out in tephras sampled in loess, carbonate maris and peat allowing to discuss conservation conditions of volcanic deposits. Sorne tephro-chrono-stratigraphic studies show ecological and environmental impacts of volcanic deposits in lakes and peatlands, such as diatom blooms. This thesis allows to discuss this environmental aspect in carbonate maris, i.e. an unfavorable environment for preservation of diatoms.

Des structures prismées sont fréquemment observées dans les coulées de lave comme la Chaussée des Géants (Irlande). Plusieurs théories existent pour expliquer ces formations, dont la plus répandue est celle de la contraction thermique. Or cette théorie permet difficilement de comprendre certaines observations de terrain comme la séparation fréquente des coulées en plusieurs niveaux. Afin de mieux comprendre la structuration au sein des coulées basaltiques, nous avons procédé à une étude pluridisciplinaire basée sur les propriétés magnétiques, les variations structurales et géochimiques de deux coulées prismées du Massif Central (La Palisse, Ardèche et Saint-Arcons-d’Allier, Haute-Loire). Notre approche permet de montrer que les fabriques cristallographiques et magnétiques sont gouvernées par l’écoulement de la lave. L’orientation du plagioclase contrôle la distribution des titanomagnétites à l’origine des fabriques magnétiques. Notre étude montre également que l’utilisation de l’ASM est un outil fiable pour déterminer l’orientation de l’écoulement à condition d’être contrôlée par des mesures de fabriques cristallographiques. Les mesures de la quantité d’eau et les analyses isotopiques (H et O) montrent que l’effet de l’altération météorique est faible et que l’eau contenue dans la roche est essentiellement de l'eau de constitution. De plus, à l’échelle du prisme, des variations de deuxième ordre sont observées comme celle des paramètres d’hystérésis qui indique des tailles de grains de titanomagnétites plus importantes vers le centre. Ces variations au sein du prisme semblent difficilement compatibles avec une structuration des coulées par la simple contraction thermique. / Columnar jointing is frequently observed in lava flows, as in the Giant Causeway (Ireland). The most common theory explaining the formation of prisms is by the thermal contraction. However, this theory hardly explains some field observations such as the frequent existence of three parts within the lavas flows, from the base to the top. To complete our understanding of the structuring lava flows, we carried out a multidisciplinary study based on the magnetic properties, structural and geochemical characterization of two basaltic flows from the French Massif Central (La Palisse, Ardèche and Saint-Arcons-d'Allier, Haute-Loire). Our approach shows that crystallographic and magnetic fabrics are governed by the flow. The distribution of titanomagnetite grains carrying the magnetic fabrics is mainly controlled by the plagioclase orientation. Our study also shows that the use of the AMS to determine the flow direction is a reliable tool, provided punctual control by measurements of crystallographic fabrics are performed. Measurements of the water content and isotopic analyses (H and O) show a limited weathering effect in the studied areas: rock water is mostly primary water in equilibrium with the magma. Moreover, second order changes are noted across the prism section such as hysteresis parameters associated to grain size variation of titanomagnetite (larger grains in the center). The variations of magnetic properties across the prism section suggest a gradient of the crystallization rate from the center to the edge of the prism, which seems difficult to reconcile with the structuring of the flow by thermal contraction only.

Le massif du Cantal, localisé dans la province volcanique Cénozoïque du Massif Central (France), est le plus grand complexe volcanique Miocène d'Europe. Il est majoritairement constitué de brèches volcanoclastiques qui lui confèrent des dimensions impressionnantes et une morphologie surbaissée. Des observations de terrain, couplées à des datations K-Ar, nous ont permis de reconstituer l'évolution morpho-structurale, la dynamique éruptive et l'histoire volcanique du massif. Après avoir contraint dans l'espace et dans le temps une séquence stratigraphique identique tout autour du massif, nous montrons qu'il existe des évidences chrono-stratigraphiques, structurales et géomorphologiques en faveur de la formation d'une caldeira centrale de 8 x 10 km il y a environ 8 Ma occupée par un lac. L'étude morphologique et sédimentologique de la principale unité bréchique du massif, le Grand Écoulement Bréchique, nous a conduit à le définir comme l'un des plus importants debris flow syn-éruptifs connus au monde dont nous estimons un volume de l'ordre de 100 km3. Nous proposons que cet écoulement résulte d'une éruption sous-lacustre intracaldeira majeure. L'interaction entre un magma juvénile et l'eau du lac de caldeira, selon un dynamisme surtseyen, a initié la formation du debris flow qui s'est propagé sur les pentes externes du volcan à 360° jusqu'à plus de 25 km de sa source. Cette étude ouvre des perspectives d'une part quant aux risques volcaniques liés aux éruptions sous-lacustres intracaldériques majeures, et d'autre part quant à la possibilité de reconstituer la morphologie passée de la source d'un écoulement bréchique volcanoclastique âgé de plusieurs Ma, par l'étude de son dépôt selon des critères sédimentologiques et morphologiques.Dans un deuxième temps, la combinaison de nouvelles datations K-Ar et d'observations de terrain nous ont permis de reconstituer l'histoire volcanique du plateau du Cézallier, siège de la plus jeune activité volcanique de France métropolitaine, du plateau de l'Aubrac, et également la chronologie du volcanisme le long du Sillon Houiller. Nous avons pu ainsi établir les relations spatio-temporelles entre le massif du Cantal et les provinces volcaniques adjacentes révélant le rôle important des fractures héritées de l'Hercynien pour la remontée des magmas. Nous confirmons ainsi une migration spatio-temporelle vers le nord du volcanisme en Auvergne. Finalement, l'acquisition au cours de ce travail de 47 nouveaux âges K-Ar de 12,8 Ma à 9 ka complète la chronologie du volcanisme du Massif Central en précisant sa distribution spatio-temporelle.

Des structures prismées sont fréquemment observées dans les coulées de lave comme la Chaussée des Géants (Irlande). Plusieurs théories existent pour expliquer ces formations, dont la plus répandue est celle de la contraction thermique. Or cette théorie permet difficilement de comprendre certaines observations de terrain comme la séparation fréquente des coulées en plusieurs niveaux. Afin de mieux comprendre la structuration au sein des coulées basaltiques, nous avons procédé à une étude pluridisciplinaire basée sur les propriétés magnétiques, les variations structurales et géochimiques de deux coulées prismées du Massif Central (La Palisse, Ardèche et Saint-Arcons-d'Allier, Haute-Loire). Notre approche permet de montrer que les fabriques cristallographiques et magnétiques sont gouvernées par l'écoulement de la lave. L'orientation du plagioclase contrôle la distribution des titanomagnétites à l'origine des fabriques magnétiques. Notre étude montre également que l'utilisation de l'ASM est un outil fiable pour déterminer l'orientation de l'écoulement à condition d'être contrôlée par des mesures de fabriques cristallographiques. Les mesures de la quantité d'eau et les analyses isotopiques (H et O) montrent que l'effet de l'altération météorique est faible et que l'eau contenue dans la roche est essentiellement de l'eau de constitution. De plus, à l'échelle du prisme, des variations de deuxième ordre sont observées comme celle des paramètres d'hystérésis qui indique des tailles de grains de titanomagnétites plus importantes vers le centre. Ces variations au sein du prisme semblent difficilement compatibles avec une structuration des coulées par la simple contraction thermique.

Ce travail est divisé en 5 chapitres. Le premier évoque l'histoire géologique de la plaine à l'époque tertiaire, avant le Pliocène. Après avoir présenté les difficultés pour établir une stratigraphie précise des dépôts en raison de la rareté des données paléontologiques et de la variété des faciès, l'auteur s'interroge sur les modalités de la tectonique au cours et à l'issue de la sédimentation. Le second chapitre porte sur le contexte actuel de la morphogenèse et sur son principal agent : la dynamique des cours d'eau, de la Loire principalement. Les chapitres trois et quatre s'intéressent aux conditions du dépôt du système de terrasses alluviales au cours des périodes glaciaires du Quaternaire (chapitre 4) après avoir analysé les processus de colluvionnement et de pédogenèse qui ont contribué à en altérer les formes (chapitre 3). Enfin le dernier chapitre examine le façonnement du relief par le ruissellement diffus.

DANS LE NORD-EST DU MASSIF CENTRAL, LES SERIES DEVONO-DINANTIENNES MONTRENT UNE GRANDE DIVERSITE LITHOLOGIQUE ET STRUCTURALE. DANS LE MORVAN, LA SERIE DEVONIENNE VOLCANIQUE ET SEDIMENTAIRE, DE LA SOMME, CORRESPOND A UN ARC MAGMATIQUE INSTALLE A L'APLOMB DE LA ZONE DE SUBDUCTION DE L'OCEAN RHEIQUE. DANS LA REGION DE LA LOIRE, LA PRESENCE D'UN MAGMATISME BIMODAL THOLEITIQUE, PERMET DE RELIER LA GENESE DES FORMATIONS VOLCANIQUES, VOLCANO-SEDIMENTAIRES ET PLUTONIQUES DE L'ENSEMBLE BREVENNE-VIOLAY-BEAUJOLAIS A L'EXISTENCE D'UNE ZONE DE RIFTING, LOCALEMENT OCEANIQUE. LE BASSIN BREVENNE-VIOLAY-BEAUJOLAIS, FORME AU DEVONIEN SUPERIEUR, A CONNU ENSUITE UNE EVOLUTION TECTONO-METAMORPHIQUE COMPLEXE, AYANT CONDUIT A SA FERMETURE AVANT LE VISEEN MOYEN. L'ANALYSE STRUCTURALE DES FORMATIONS ANTE-VISEEN MOYEN DE LA REGION DE LA LOIRE MONTRE UNE EVOLUTION TECTONIQUE POLYPHASEE, ASSOCIEE A UN METAMORPHISME PROGRADE DE FACIES SCHISTE-VERT A AMPHIBOLITE. LE PREMIER EVENEMENT TECTONIQUE, D1, D'AGE PROBABLE FINI-DEVONIEN A TOURNAISIEN, SE TRADUIT PAR UNE FOLIATION REGIONALE SUB-HORIZONTALE ET UNE LINEATION D'ETIREMENT ORIENTEE NW-SE A N-S. PARTICULIEREMENT BIEN MARQUEE DANS LE GROUPE DE VIOLAY, ELLE CORRESPOND AU CHEVAUCHEMENT DES UNITES DEVONIENNES SUR LE SOCLE GNEISSIQUE D'AFFOUX. LE SECOND EVENEMENT, D2, FINI-TOURNAISIEN A VISEEN INFERIEUR, REPREND LA FOLIATION S1 ET EST RESPONSABLE D'UNE LINEATION D'ETIREMENT ORIENTEE NE-SW A E-W. LES CRITERES CINEMATIQUES ASSOCIES A CETTE DEFORMATION INDIQUENT DES SENS DE CISAILLEMENTS DIFFERENTS SUIVANT LES SECTEURS. LOCALEMENT, D2 S'AVERE MEME ETRE COAXIALE. LA SIGNIFICATION EXACTE DE CETTE DEFORMATION RESTE A DEFINIR. LA MISE EN EVIDENCE DANS CETTE PARTIE DU MASSIF CENTRAL D'UN EPISODE COMPRESSIF A VERGENCE NW, FINI-DEVONIEN A TOURNAISIEN, FAISANT SUITE A UNE PERIODE DE DISTENSION, A L'ORIGINE DE LA FORMATION DU RIFT DE LA BREVENNE, AU DEVONIEN SUPERIEUR, CONSTITUE UN ARGUMENT EN FAVEUR D'UNE EVOLUTION POLYCYCLIQUE DE LA CHAINE HERCYNIENNE.

L'étude des interactions sociétés-milieux sur la longue durée, à l'origine de la construction des paysages de l'Aubrac et du Lévezou, a été menée à partir d'une démarche largement pluridisciplinaire dans laquelle la palynologie constitue l'outil principal. La constitution d'un référentiel actuel a conduit, dans un premier temps, à discriminer les principaux taxons polliniques représentatifs des activités humaines et d'en préciser la représentativité spatiale et fonctionnelle. L'étude multi-proxy de six séquences sédimentaires, étayées par 24 datations radiocarbones, a, dans second temps, permis de retracer l'histoire de la végétation et de l'anthropisation, notamment par l'identification des rythmes, des seuils et des ruptures durant l'Holocène. L'évolution des paysages en lien avec le développement des déboisements et des activités agricoles a pu être appréhendée à une échelle locale grâce aux apports combinés des pollens, des macrocharbons, des microfossiles non polliniques, de la confrontation avec les données archéologiques disponibles et de l'examen des sources archivistiques. Les premiers indices tangibles de fréquentation du massif de l'Aubrac apparaissent au cours du Néolithique moyen et les pratiques semblent se généraliser au Néolithique final sur l'Aubrac et le Lévezou. L'âge du Fer et le début de l'Antiquité marquent les premiers déboisements importants sur le plateau de l'Aubrac, concomitants d'une hausse de la pression agropastorale observée dans tous les sites. Enfin, les périodes médiévales et modernes contribuent à ancrer les formes du paysage esquissées aux époques plus anciennes. L'ensemble de ces dynamiques suggère avant tout l'importance des variabilités territoriales qui renvoient à des modes d'occupation temporaires jusqu'à l'âge du Bronze et à une grande mobilité des pratiques. Ces territoires présentent également des tendances communes qui répondent pour une part aux grandes trajectoires de colonisation des espaces montagnards. A l'examen de ces dynamiques d'anthropisation, le forçage climatique ne semble pas avoir été un facteur limitant et pourrait constituer un stimulus positif favorisant le développement de nouvelles stratégies adaptatives.

Les datations des paléosurfaces continentales constituent des points d'ancrage majeurs pour contraindre l'évolution géodynamique d'une région. Le paléomagnétisme s'avère être une méthode adaptée pour dater les paléoaltérations continentales ferrugineuses. Les datations des formations rouges "sidérolithiques" du Massif central indiquent des âges s'échelonnant entre 160 Ma (Jurassique supérieur) dans le bassin de Naussac et 140 Ma (Crétacé inférieur) dans le Lembron. Sur la bordure Sud-Est du bassin de Paris, un niveau hématitique, à la base des argiles de Myennes, a fourni un âge sub-récent (0-3 Ma) qui pourrait souligner l'entaille des paysages actuels. Sur le socle cristallin du Massif central et du Morvan la datation des faciès albitisés a fourni un âge triasique soulignant l'origine superficielle de ces faciès. L'ancrage spatio-temporel des paléoaltérations et des paléosurfaces permet de préciser des traits majeurs de l'évolution géodynamique du Massif Central. Sur de vastes régions les paléosurfaces du Trias, du Jurassique terminal et du Tertiaire sont confondues. Il n'y a donc pas eu d'érosion conséquente du socle entre le Trias et la période actuelle, puisque la paléosurface albitisée au Trias est encore présente sur de très grandes surfaces du massif. Les datations du Jurassique supérieur/Crétacé inférieur des paléoaltérations "sidérolithiques" soulignent que le Massif Central ne présentait pas de couverture sédimentaire à cette époque. La reconnaissance et la datation de ces paléosurfaces continentales témoignent de longues périodes de continentalisation du socle et de la relative stabilité du Massif Central tout au long du Mésozoïque

Texte remanié de: Thèse--Sc. nat.--Dijon, 1970. / Thèse soutenue sous le titre : "Trias et rhétien de la bordure nord et est du Massif central français, modalités de la transgression mésozoïque" Bibliogr. p. 135 à 148.

La formation de la croute continentale est une des conséquences majeures de la différenciation de la Terre. Les avancées récentes dans la compréhension de ce phénomène résultent de l’amélioration des techniques analytiques permettant la mesure in situ des compositions isotopiques en U-Pb-Hf-O de grains de zircon, minéral abondant dans les roches crustales. Cette étude reconstitue l’histoire du segment de croute affleurant dans l’est du Massif Central français (MCF), portion de la chaine Varisque d’Europe de l’Ouest, dans le but d’évaluer les limites d’utilisation des zircons pour retracer l’évolution crustale. L’origine et la signification géodynamique des principales unités lithologiques du MCF ont été étudiées en combinant les approches classiques de la pétrologie avec des données isotopiques U-Pb-Hf-O acquises sur zircon. Deux incohérences majeures existent entre nos résultats et les conclusions tirées de l’étude des zircons considérés hors de leur contexte pétrologique, approche généralement suivie pour analyser l’évolution crustale. Les âges modèles calculés à partir des données Hf suggèrent une importante croissance crustale au Mésoproterozoique dans le MCF, en contradiction avec le fait que 60% de la croute locale soit d’âge Néoproterozoïque. De plus, 5 à 10% de la croute du MCF a été formée durant l’orogènese Varisque sans que cela ne soit enregistré par le zircon. Dans les deux cas, ces incohérences résultent du caractère hybride des signatures isotopiques portées par les zircons. Celles-ci ne peuvent être correctement détectées et interprétées qu’en disposant de données pétrologiques complémentaires sur les roches contenant les grains analysés / The formation of the continental crust is a major consequence of Earth differentiation. Understanding how the crust formed and evolved through time is paramount to locate the vast mineral deposits hosted therein and address its influence on the global climate, ultimately affecting the development of terrestrial life. Recent advances on the topic of continental crust evolution benefited from improvements of analytical techniques enabling in situ measurements of U-Pb- Hf-O isotope compositions in zircon, a widespread accessory mineral of continental igneous rocks. The time constrains derived from the U-Pb chronometer coupled with the petrogenetic information retrieved from Hf-O isotope signatures are currently used to unravel the diversity and succession of magmatic events affecting the continental crust at the regional and global scales. This study reconstructs the evolutionary path followed by the crust segment today exposed in the eastern part of the French Massif Central (FMC), a portion of the Variscan belt of Western Europe, with the aim to investigate the potential flaws of the zircon record of crust evolution. In this scope, the origin and geodynamic significance of the constituent FMC lithological units are tackled by combining conventional petrological observations with zircon U-Pb-Hf-O isotope data. The results obtained following this integrated approach are then confronted to the conclusions that would have been drawn solely from zircon isotopic signatures, taken out of their petrological context, as is commonly performed in studies investigating crust evolution. The oldest rocks of the FMC correspond to Ediacaran (590_550 Ma) meta-sediments deposited in back-arc basins along the northern Gondwana margin. Such basins were fed by a mixed detritus originating from the adjacent Cadomian magmatic arc and a distal Gondwana source, presumably the Sahara Metacraton. Partial melting of these meta-sediments at the Ediacaran/Cambrian boundary led to voluminous S-type granitic magmatism, pinpointing a first major crust reworking event in the FMC. The origin of anatexis likely stems from the transient thickening of the hot, back-arc crust caused by the flattening of the Cadomian subduction. Subordinate melting of the depleted backarc mantle at that time is also documented. During the Lower Paleozoic, rifting of the northern Gondwana provoked coeval crust and (limited) mantle melting. Mantle-derived igneous rocks show markedly diverse trace element and isotopic signatures, consistent with a very heterogeneous mantle source pervasively modi_ed by the Cadomian subduction. Finally, the Variscan collision resulted in crustal melting as evidenced by the emplacement of S-type granites and the formation of migmatite domes, the spatial distribution of which being partly controlled by the crustal architecture inherited from pre-orogenic events. Synchronous intrusion of mafic mantle-derived magmas and their differentiates testify for Variscan post-collisional new continental crust production in the FMC. Two major inconsistencies exist between these results and the zircon record. First, zircon Hf model ages would point to substantial Mesoproterozoic crust formation in the FMC whereas more than 60% of the crust is actually Neoproterozoic in age. Second, new additions to the continental crust volume during the Variscan orogeny are not recorded even though 5 to 10% of the exposed crust formed at that time. The origin of both discrepancies inherently lies in the mixed isotopic signature carried by many zircon grains. Such equivocal information can only be detected when additional petrological constrains on the zircon host rocks are available and provide guidance in interpreting the zircon record of crust evolution