Le rôle des interactions et couplages entre la tectonique, le climat et les processus de surface sur l'évolution des chaînes de montagne représente une question prépondérante dans la communauté des Sciences de la Terre depuis une vingtaine d'années. Dans cette étude, l'évolution récente du relief du massif des Ecrins-Pelvoux (Alpes occidentales françaises) en réponse aux changements climatiques marquant la transition entre le Pléistocène et l'Holocène est abordée à partir de l'utilisation des nucléides cosmogéniques produits in-situ (10Be et 26Al) mesurées sur plus de 60 échantillons prélevés sur des surfaces rocheuses en place ou issus de matériaux détritiques. Les mesures en 10Be et 26Al réalisées à partir d'échantillons récoltés sur des morphologies glaciaires (polis glaciaires, roches moutonnées et nunataks) témoins de l'extension des glaciers lors de la dernière période glaciaire (LGM ou Last Glacial Maximum), apportent de nouvelles contraintes temporelles quand aux modalités de la déglaciation du massif. Les âges d'exposition obtenus indiquent que les glaciers des bassins de la Durance, Romanche/Vénéon et du Drac réagissent différemment au changement climatique global qui marque la fin du Dernier Maximum Glaciaire et mettent en évidence le retrait progressif des glaciers du massif des Ecrins-Pelvoux durant le Tardiglaciaire entre ~20 et 11 ka. La mesure en 10Be d'alluvions fluviatiles prélevées dans plusieurs rivières indique que l'érosion depuis le retrait glaciaire est contrôlée, à l'échelle du massif, par les processus de gélifraction qui affectent principalement les lignes de crêtes rocheuses. Les taux de dénudation moyens obtenus varient entre 0.27 et 1.07 mm an-1. Ces résultats sont cohérents par rapport aux taux de dénudation postglaciaires obtenus pour d'autres régions des Alpes, confirmant ainsi le rôle significatif des processus périglaciaires sur l'évolution récente des reliefs des montagnes tempérées. Enfin, les résultats obtenus à plus petite échelle dans le bassin versant du Vallon des Etages (Haut Vénéon) indiquent que la signature 10Be des alluvions est dominée par les matériaux détritiques exportés depuis les marges proglaciaires actuelles et/ou du Petit Age de Glace (XVII-XIXe siècles). Cependant, les concentrations mesurées sur les matériaux détritiques d'origine glaciaire représentent vraisemblablement un mélange entre des produits d'érosion glaciaire et des sédiments périglaciaires issus de l'activité de la gélifraction au niveau des parois surplombant la langue terminale du glacier.

Le flux de météorites vers la Terre peut être déterminé en observant des bolides, ou en étudiant des collections de météorites. Pour estimer l’intensité et la composition du flux, nous avons collecté et classifié une collection de 213 météorites issues du désert de l’Atacama (Chili). Nous avons développé un protocole chimique afin d’extraire des nucléides cosmogéniques de chondrites ordinaires. La fraction métallique est d’abord séparée de la météorite. Les échantillons sont ensuite dissouts dans l’acide, et les éléments utiles sont extraits et purifiés grâce à des résines échangeuses d’ions et des précipitations contrôlées. Après la mesure par SMA, les concentrations de nucléides cosmogéniques nous permettent de calculer l’âge terrestre, le rayon pré-atmosphérique et la profondeur dans le météoroide, en utilisant l'approche développée par Leya & Masarik (2009). En combinant le nombre de météorites par unité de surface et les spectres d’âge terrestre, nous pouvons déterminer un flux de 218 météorites>10g/Ma/km2 sur une période de 700 ka avec la méthode 41Ca.Dans le cadre d’une collaboration avec l’Université de Bern (Suisse), nous avons aussi mesuré les concentrations en gaz rares dans certaines de ces météorites. Les concentrations en gaz rares et en nucléides radiogéniques ont ensuite été étudiées avec le modèle développé par Ammon et al. (2009), afin de déterminer le temps d’exposition dans l’espace, l’âge terrestre, le rayon pré-atmosphérique et la profondeur dans le météoroide. / Meteorite flux to the Earth can be determined using observations of fireballs or studying meteorites collections. To estimate the intensity and the composition of the flux, we collected and classified a 213 samples collection from the Atacama desert (Chile). We developed a mathematical model to help pairing of meteorites, and hence get a reliable number of falls per unit of surface. A chemical procedure to extract the cosmogenic nuclides 10Be, 26Al, 36Cl and 41Ca from ordinary chondrites was developed. The metallic fraction was extracted from the bulk meteorite. Samples were dissolved into acid and the elements of interest were extracted and purified using ion-exchange resins and pH controlled precipitation. After measurements using the Accelerator Mass Spectrometry (AMS) technique, the cosmogenic nuclides concentrations enable us to calculate terrestrial age, pre-atmospheric radius and shielding depth, using the Leya & Masarik (2009) model. Combining the number of meteorites per km2 and the terrestrial ages spectrum, we determine a flux of 218 meteorites > 10g/Ma/km2 over 700 ka with the 41Ca calculation method. Applying the same procedure as described above, we studied a selection of iron meteorites in which noble gases (He, Ne and Ar isotopes) concentrations were measured in collaboration with the University of Bern (Switzerland). Stable and radiogenic nuclides concentration results were then used according to the Ammon et al. (2009) model to determine Cosmic Ray Exposure (CRE) ages, terrestrial ages, pre-atmospheric radii and shielding depths.

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.

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.

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.

Ce travail de thèse a été effectué afin de comprendre les processus de déformation active dans le NE de l'Iran, constitué des chaines de montagnes du Kopeh Dagh et du Binalud. Cet objectif a été poursuivi en combinant plusieurs approches : géologie structurale et tectonique, morpho-tectonique, géomorphologie quantitative et plusieurs méthodes de datation (datation radiométrique par 40Ar/39Ar et nucléides cosmogéniques produits in situ). Ce travail porte sur trois secteurs clefs du NE de l'Iran : le Kopeh Dagh, le Binalud et la Zone de Transfert de Meshkan. Cette étude a permis d'établir les premières estimations de vitesse sur l'ensemble du système de failles dans le Kopeh Dagh. La vitesse de déplacement horizontal dextre sur l'ensemble du système est de 9±2 mm/an. Cette vitesse peut être décomposée en deux vecteurs de déplacement du Kopeh Dagh Occidental par rapport à l'Eurasie stable, de l'ordre de 8 mm/an et 4 mm/an, vers le Nord et l'Ouest, respectivement. De l'ordre de 25% de la déformation décrochante du Kopeh Dagh est transférée vers le Sud, vers le Binalud, grâce à une série de structures tectoniques définissant un domaine de déformation complexe: la Zone de Transfert de Meshkan. Sur les deux versants du Massif du Binalud, nous avons déterminé des vitesses de déplacements horizontaux de 3.6±1.2 mm/an et 1.6±0.1 mm/an, le long de zones de failles affectant les versants méridionaux et septentrionaux du Massif, respectivement. Ces vitesses permettent de calculer un taux de déplacement dextre long-terme et total d'environ 5 mm/an. Il correspond à un mouvement vers le Nord d'environ 4.5 mm/an et un mouvement vers l'Ouest de l'ordre de 2 mm/an, de l'Iran Central, à l'Ouest, par rapport au Kopeh Dagh Oriental, à l'Est. Les analyses cinématiques réalisées pendant ce travail indiquent que la convergence est accommodée par des décrochements et des chevauchements le long de structures d'orientations différentes. Cet assemblage structural est impliqué dans un champ de contraintes actuel mécaniquement compatible et homogène. L'homogénéité des états de contraintes déterminés n'est pas en faveur d'un partitionnement complet entre les failles décrochantes / inverses. Les différents types de mouvements observés sur les failles ne résultent que de l'orientation des failles par rapport au champ de contraintes à l'échelle régionale. L'ensemble de ces observations permettent de proposer un modèle tectonique cohérant qui explique la cinématique et la déformation active du NE de l'Iran.