Les Pyrénées sont une chaîne plissée à double vergence déversée vers le Sud. Elles se sont érigées suite à l’inversion au Crétacé Supérieur de domaines hyper-étirés au Crétacé Inférieur et à la collision des plaques continentales ibérique et européenne à l’Eocène-Oligocène. Cependant, l’évolution thermique de ces domaines hyper-étirés pendant l’inversion, de même que l’impact de cet héritage thermique extensif sur la formation du prisme orogénique, sont à ce jour peu ou pas contraints.La Zone Nord-Pyrénéenne (ZNP) a préservé de nombreux marqueurs de cette hyper-extension (manteau sous-continental exhumé, métamorphisme HT-BP) ce qui en fait une zone d’étude tout à fait adaptée pour aborder ces questions. Pour apporter des contraintes à la fois thermiques et temporelles sur l’évolution de ces domaines, plusieurs méthodes de datation thermochronologique basse-température ((U-Th-Sm)/He et traces de fission sur apatites et zircons) ont été utilisées.Pendant l’extension, le bassin de Mauléon (à l’Ouest de la ZNP) a enregistré la mise en place d’un fort gradient thermique (~80°C/km), associé à l’amincissement extrême de la lithosphère sous-jacente. Le bassin est resté chaud même après le début de la convergence pendant 20-30 Ma. Cette anomalie thermique est encore plus forte au centre de la ZNP au Sud de la région Ariège. Les données obtenues sur les unités moins déformées au Nord de la région indiquent que ces domaines moins étirés enregistrent du refroidissement associé à de la dénudation et conservent leur architecture au cours de la convergence et de la collision. / The Pyrenees are a double vergent fold and thrust belt. The Pyrenean belt resulted from the inversion and the collision of previously hyper-extended domains of the Iberian and European plates from the Late Cretaceous to the Late Oligocene. However, what is the thermal evolution of such inverted hyper-extended domains, as well as the influence of this extensional thermal inheritage on the orogenic growth, are poorly constrained.The North Pyrenean Zone (NPZ) is characterized by numerous preserved evidences of this hyper-extension (exhumation of sub-continental mantle material, high temperature-low pressure metamorphism). We bring time and temperature constraints on the evolution of these hyper-extended domains from rifting to collision, by using low-temperature thermochronology ((U-Th-Sm)/He and fission track analyses on apatites and zircons).The Mauléon basin (western part of the NPZ) recorded a high geothermal gradient emplaced during extension due to the extreme thinning of the lithosphere below. The basin remained hot even during the beginning of the convergence. Cooling is only recorded during the main phase of orogenic growth. The imprint of this thermal anomaly is stronger farther to the east, in the central NPZ (Ariège area). Here, the hyper-extended domain is not well preserved, because of a higher amount of shortening. New thermochronological and structural data on the relatively less deformed units to the North revealed cooling during extension, related to denudation. Moreover, these domains conserved their extensional architecture during convergence and collision.

Les dépôts azotés (DA) mesurés à l'étage subalpin des Pyrénées sont compris entre 8 et 15 kg N ha-1 an-1, soit égaux ou supérieurs à la charge critique actuellement définie pour ces milieux et supérieurs aux estimations fournies par les modèles de chimie-transport. Au cours des soixante dernières années, les pelouses subalpines pyrénéennes sont devenues plus thermophiles et mésotrophes, plus riches en espèces et plus homogènes à l'échelle des Pyrénées. Le changement climatique (CC) et le cumul de DA ont réduit les contraintes abiotiques de ces habitats, favorisant l'installation d'espèces moins stress-tolérantes. Ces milieux piègent et conservent efficacement l'azote d'origine atmosphérique, même en contexte de CC. Des effets des DA sont détectables sur la végétation (%N, biomasse et recouvrement de certains groupes) avant d'être détectables dans le sol. Ces effets sont plus marqués en réponse aux apports dominés par l'ammonium plutôt que par le nitrate, et sont additifs ou compensatoires avec ceux du CC, mais rarement interactifs. / Atmospheric nitrogen deposition in the subalpine Pyrenees is in order of 8 to 15 kg N ha-1 yr-1, equivalent or higher than the actual critical load for these habitats and higher than chemistry-transport models' estimates. During the past six decades, Pyrenean subalpine grasslands became more thermophilous and mesotrophic, richer in species and more homogeneous at the regional scale. Climate change and cumulative nitrogen deposition reduced the abiotic constraints in these habitats, favouring the installation of less stress-tolerant species. These habitats trap and store efficiently nitrogen from deposition, even in a climate change context. Effects are visible in the vegetation (% of nitrogen, biomass and cover of some groups) before being visible in the soil. These effects are more pronounced following ammonium than nitrate dominated additions, and are additive or compensatory with the effects of climate change, but rarely interactive.

La notion "d'entre-tenir la montagne" est au cœur de cette thèse. Celle-ci tente de montrer comment les éleveurs ont réagi et ont adapté leurs façons de travailler, de penser et d'organiser le territoire pastoral face à la crise sociale et paysagère qui affecte les Pyrénées, en particulier depuis les années 1970. Trois vallées forment le cadre d'une analyse comparée : la vallée d'Oueil-Larboust (31), la valée de Campan (65) et la haute vallée du Gave de Pau (65). Les modalités de "l'entre-tenir la montagne" sont abordées à partir de trois entrées : (1) spatiale à l'échelle des terroirs et de la vallée, (2) une entrée temporelle entre le maintenu et l'abandonné, et (3) une entrée sociale au sens des modes d'organisation collective. la démarche d'ethnogéographie élaborée repose sur la combinaison d'une analyse spatiale in-situ des paysages, d'une analyse diachronique des évolutions paysagères à partir de photo-comparaisons et d'une enquête sociale auprès d'éleveurs pour récolter le témoignage de leurs pratiques et de leurs perceptions.Les principaux résultats montrent que les changements paysagers sont notamment à mettre en lien avec les modifications des pratiques et/ou avec l'existence de projets individuels ou collectifs, dans lesquels la préoccupation paysagère de "l'entre-tenir" est présente de façon de plus en plus explicite. Ce constat apporte un éclairage innovant sur les pratiques de l'agriculture de montagne et sur la place du paysage au sein de celles-ci. Il éclaire la capacité des groupes sociaux à prendre en charge la gestion de leur territoire et ouvre de nouvelles perspectives pour repenser l'avenir des paysages montagnards. / The concept of "entre-tenir" the mountains is at the heart of this thesis. This research attemps to show how farmers have reacted and adapted their ways of working, thinking and organizing the pastoral territory facing the crisis affecting both the social and landscape aspects of the Pyrenees, particulary since the 1970s. Three valleys form the framework for a comparative analysis: the valley of Oueil-Larboust (31), the valley of Campan (65) and the upper valley of the Gave de Pau (65). The modalities of "entre-tenir" the mountains are discussed from three different perspectives: (1) a spatial perspective on a regional scale and that of the valley, (2) a temporal perspective between the maintened and the abandonned, and (3) a social perspective of modes of collective organization.The developed ethnogeographical approach is based on a combination of in situ spatial analysis of landscapes, a diachronic analysis of landscape changes from photo comparisons and a social survey among farmers to gather viewpoints of their practices and their perceptions.The main results show that the nuances in the landscape maintenance are particulary related to changes in practices and/or the existence of individual or group prjects, in which the landscapre concern of "entre-tenir" is present in the background, sometimes implicitly, but often more and more explicitly. This finding sheds light on innovative practices of mountain agriculture and the role of the landscape. It throws light on the ability of social groups to take responsability over the management of their territory and opens perspectives for the thinking about of the future of mountain landscapes.

La redistribution temporelle et spatiale des masses environnementales déforment la surface de la Terre. Ces déformations sont observables par des techniques de géodésie spatiale telles que le GNSS. Depuis que les produits d'orbite et d'horloge très précis de l'IGS sont disponibles, que des algorithmes sophistiqués ont été développés, l'iPPP a ouvert une nouvelle ère pour l'analyse du GNSS et pour son application dans les études géophysiques. Ce travail fait partie des premières études pour analyser les différents effets de surcharge, en utilisant des séries temporelles de positionnement, en particulier avec le logiciel GINS-PC et les nouveaux produits d'orbite et d'horloge REPRO2 du GRGS (GR2). Nous visons à exploiter les positions sub-diurnes d'iPPP pour étudier divers effets de déformation de la Terre à différentes échelles de temps: sub-diurne à saisonniers et annuels. Notre objectif est de contribuer à la validation des modèles géophysiques, à l'observation des différents phénomènes non-maréaux, mais aussi de présenter la performance du mode iPPP et du logiciel GINS-PC. Ce dernier est un outil puissant pour les applications géodynamiques, qui permet d'étudier l'influence des effets de surcharge sur l'interprétation géodésique des séries temporelles. Après un aperçu des principales déformations de la surface de la Terre, nous présentons les techniques de géodésie qui ont déjà démontré leur potentiel dans l'analyse de déformation, en particulier dans les études de déformation de surcharge. Nous présentons ensuite la technique de GNSS et le mode de traitement iPPP que nous utilisons pour l'analyse des données. Nous montrons ensuite les résultats de deux études régionales. La première analyse étudie l'influence des effets de surcharge sur la détermination des vitesses tectoniques dans la chaîne des Pyrénées à partir de campagnes GNSS espacées dans le temps. Le deuxième cas d'étude tente de suivre l'évolution spatiale et temporelle des déformations induites par un événement de tempête extrême, à savoir la tempête Xynthia qui a eu lieu en France en 2010. Cette étude tente également d'identifier la réponse dynamique de l'océan pour le système de basse pression atmosphérique se déplaçant rapidement en utilisant des séries temporelles sub-diurnes. Enfin, nous allons vers une étude globale qui pose les bases pour de futures recherches. / The temporal and spatial redistribution of the environmental masses deform the surface of the Earth. These deformations are observable by space geodetic techniques such as GNSS. Since highly accurate IGS satellite and clock data are available and sophisticated algorithms have been developped, the integer fixed ambiguity Precise Point Positioning (iPPP) method opened a new era for the Global Navigation Satellite System (GNSS) analysis and its application in geophysical studies. This work is among the first studies to investigate the different loading effects using iPPP time series, particularly using the GINS-PC software and the new, reprocessed REPRO2 orbit and clock products of GRGS (GR2). We aim to exploit the sub-daily iPPP time series to study various Earth deformation effects at different time scales, from sub-daily to seasonal and annual periods. Our goal is to contribute to the validation of geophysical models, to the observation of the various non-tidal phenomena, as well as the presentation of the performance of the iPPP mode and the GINS-PC package that is a powerful tool for geodynamical applications, and to investigate the influence of the loading effects on geodetic time series interpretation. After an overview of the main deformations of the Earth's surface, we present the geodetic techniques that already demonstrated their potential in deformation analysis, in particular in loading deformation studies. We then review the GNSS technique and the iPPP processing mode as it was our choice for the data analysis. We then demonstrate two regional studies. The first one investigates the influence of the loading effects on GNSS campaign to determine tectonic velocities in the Pyrenees mountain chain. The second case study attempts to track the spatial and temporal evolution of an extreme storm event, the Xynthia windstorm that occured in France, in 2010. This study also tries to identify the ocean's response to the fast moving low pressure system using sub-daily iPPP time series. Finally we go towards a global study which gives base for future research.

L'étude de la dynamique de l'érosion des chaînes de montagnes ne prend en général pas en compte l'influence de la sédimentation de piedmont. Or le remplissage des bassins d'avant-pays est le plus souvent carractérisé par des séquences de comblement, entraînant une élévation du niveau de base des rivières qui draînent les chaînes. L'objectif de ce travail est de montrer dans quelle mesure la dynamique du relief est perturbée par la sédimentation de piedmont. La démonstration s'appuie sur l'analyse de l'évolution de la morphologie des Pyrénées, dont les stades précoces sontpréservés par d'épais dépôts détritiques sur le versant sud, et qui est carractérisée par une pénéplaination miocène dont les reliques aujourd'hui culminent à près de 3000 m. L'évolution proposée est testée à travers une modélisation expérimentale sur l'influence de la sédimentation de piedmont sur la dynamique d'un relief en surrection.

La successió cuisiana i luteciana de la Conca Sud-pirinenca Oriental (CSO), situada al NE d’Ibèria, mostra un conjunt de sediments carbonatats, evaporítics i detrítics, els quals van ser dipositats en un context compressiu en una conca d’avantpaís. Aquesta compressió es va generar per col•lisió continental de la placa d’Ibèria i l’Europea entre el Cretaci superior i el Miocè inferior. Com a conseqüència de l’escurçament, els sediments es troben distribuïts en tres unitats estructurals: la unitat autòctona de la conca de l’Ebre, localitzada al sud, i les unitats al•lòctones del Serrat i del mantell del Cadí, ubicades al nord, situada la primera per sota de la segona. Encara que molts treballs s’han centrat en l’estudi de l’estratigrafia i l’estructura de la CSO, l’arquitectura estratigràfica i els ambients deposicionals de les evaporites no s’han acabat de resoldre. Les roques evaporítiques dipositades en conques d’avantpaís actuen, en molts casos, com a nivells de desenganxament i, per tant, aquestes roques estan deformades o simplement no afloren. Com a conseqüència, el coneixement d’aquests dipòsits no és molt ampli, i l’estudi d’afloraments i litofàcies resulta un repte. L’objectiu general d’aquesta tesi és millorar aquest coneixement. En aquesta tesi, a partir de la realització de mapes i talls geològics detallats, i de la correlació de columnes i logs de pous, s’ha establert l’arquitectura estratigràfica de la CSO per als períodes Cuisià superior i Lutecià. Aquesta arquitectura presenta sis seqüències deposicionals, tres de les quals de nova proposta en el present treball. Aquestes tres seqüències corresponen a la seqüència Serrat, formada per les Evaporites del Serrat, i a les seqüències Bellmunt inferior i superior, constituïdes per sediments detrítics. Les Evaporites del Serrat, dipositades per sobre d’una primera seqüència carbonatada (formacions Penya i Armàncies), es caracteritzen per tenir capes de sals i lutites en un depocentre situat actualment en el mantell del Cadí. Aquestes sals estan envoltades per un cinturó marginal anhidrític, localitzat en la conca de l’Ebre. En el centre de la conca, aquestes evaporites estan cobertes per una successió turbidítica atribuïda a la Formació Vallfogona (seqüència Campdevànol) en diferents depocentres. Cap als marges de la conca, aquesta formació canvia lateralment a unitats carbonatades (Calcàries de la Pedra i Calcisiltites). La Formació Guixos de Beuda es troba per sobre de la seqüència Campdevànol, i representa la segona seqüència evaporítica. Les seqüències Bellmunt inferior i superior, caracteritzades per dipòsits d’origen fluviodeltaic (formacions Banyoles, Coubet i Bellmunt), representen les seqüències més modernes d’aquesta arquitectura. Aquestes dues seqüències estan separades per una altra unitat evaporítica, anomenada en el present treball Guixos de Besalú. S’ha reconegut que la potència de les capes d’anhidrites atribuïdes a les Evaporites del Serrat és major en la conca de l’Ebre que en el mantell del Cadí. Per tant, s’ha considerat que aquesta unitat es configura, de la conca de l’Ebre fins al mantell del Cadí, com a un tascó anhidrític que passa a una cubeta salina en el centre de la conca. Per contra, també s’ha reconegut que la potència de la Formació Beuda és menor a la conca de l’Ebre que en el mantell del Cadí. L’anàlisi de mostres d’afloraments i de testimonis de pous ha permès interpretar els models sedimentaris de les unitats evaporítiques més representatives. En les Evaporites del Serrat, s’han distingit tres paleoambients, de marge a centre de conca: plataforma sulfatada, constituïda per anhidrita nodular i pseudomòrfica (de selenites); talús, format per guix secundari (anhidrita en profunditat) amb litofàcies laminada, de caràcter detrític; i conca profunda, constituïda per capes de sal i lutites reconegudes només en el subsòl. En canvi, en la Formació Beuda només s’ha reconegut un únic paleoambient, corresponent a un sistema de conca sulfatada situat en el mantell del Cadí. Aquest paleoambient està representat per cicles de guix secundari (anhidrita en profunditat) amb litofàcies massives i nivells pseudomòrfics (de selenites). De tota manera, l’existència d’àrees amb litofàcies bandades i laminades, atribuïdes a ambients més profunds, indiquen l’existència de petites zones més deprimides en la conca. La composició isotòpica (delta-34S, delta-18O; 87Sr/86Sr) de mostres de guix i anhidrita indiquen un origen marí per aquestes unitats i, a més, processos de dissolució/reprecipitació dels sulfats. A partir de l’anàlisi estructural de les correlacions estratigràfiques, dels mapes i talls geològics, de la interpretació de perfils sísmics reprocessats i de noves dades gravimètriques s’ha deduït que la sedimentació durant el Cuisià superior i Lutecià va tenir dues etapes tectòniques: una primera etapa extensiva, coetània amb la sedimentació de les Evaporites del Serrat i la Formació Vallfogona, i caracteritzada per falles normals produïdes per flexió extensional; i una segona etapa compressiva, sincrònica a la sedimentació fluviodeltaica, i caracteritzada per encavalcaments i plecs, i falles transversals de tipus strike-slip. Durant la primera etapa, les falles normals van tenir direccions obliqües i perpendiculars respecte l’escurçament pirinenc (N-S). Durant la segona etapa, les falles de strike-slip van estar generades per la reactivació de falles normals preexistents. A més, les Evaporites del Serrat van actuar com a nivell de desenganxament del mantell del Cadí i de la Unitat Serrat. Finalment, en aquesta tesi, s’han realitzat models sandbox per tal de millorar el coneixement del paper de l’arquitectura estratigràfica d’una successió dúctil (en aquest cas, evaporites) sobre l’evolució estructural. A partir d’una sèrie d’experiments, s’ha observat que l’existència de discontinuïtats geomètriques en els materials anàlegs a les litologies evaporítiques generen zones de deformació preferencial. Comparant els resultats d’aquests experiments amb els trets estructurals de la CSO, s’ha interpretat que l’evolució i estil estructural d’aquesta conca va estar controlada per l’existència de discontinuïtats litològiques –com el canvi de gruix de les anhidrites entre la plataforma evaporítica i la conca profunda– en les Evaporites del Serrat. L’existència d’aquestes discontinuïtats litològiques va generar encavalcaments fora de seqüència, contribuint a la generació d’una conca de piggyback. / The Cuisian and Lutetian succession of the Southeastern Pyrenean Basin (SePB), NE of Iberia, shows an assemblage of carbonate, evaporite and detrital sediments, deposited under a compressional context in a foreland basin. The compression was generated by continental collision of the Iberian and the European plates during the time span comprised between the Upper Cretaceous and the Lower Miocene. As a consequence of the shortening, these deposits were distributed in three structural units: the autochthonous unit of the Ebro Basin, located to the south; and the allochthonous units of the Serrat Unit (below) and the Cadí thrust sheet (above), placed to the north. Despite many studies have been focused on the stratigraphy and the structure of the SePB, the stratigraphic framework and the depositional environments of the evaporites remain poorly understood. In foreland basins, the evaporite rocks usually act as décollement levels, so they are deformed or simply are not outcropping. As a consequence, the knowledge of these deposits is limited, and the study of outcrops and lithofacies is a challenge. The general aim of the present Ph.D. Thesis is to improve this knowledge. In this Ph.D. Thesis, on the basis of geological maps, cross-sections, and sections and welllogs correlations, a stratigraphic framework of the SePB was established for the Late Cuisian and Lutetian times. This framework considers six depositional sequences, and three of them are newly proposed. These three sequences correspond to the Serrat sequence, formed by the Serrat Evaporites, and the Lower and Upper Bellmunt sequences, constituted by detrital sediments. The Serrat Evaporites, deposited on a previous carbonate sequence (Penya and Armàncies formations), are characterized by salt – shale layers in a depocenter located basinward (nowadays in the Cadí thrust sheet). These salt layers are surrounded by an anhydrite marginal belt, placed in the Ebro Basin. In the basin center, these evaporites are covered by turbidite successions attributed to the Vallfogona Formation (Campdevànol sequence) in different depocenters. To the margins, this formation changes laterally to carbonate deposits (Pedra Limestones and Calcisiltites). The Beuda Gypsum Formation is overlying the Campdevànol sequence, and represents the second evaporite sequence. The Lower and Upper Bellmunt sequences, characterized by fluvio-deltaic deposits (Banyoles, Coubet and Bellmunt formations), are the youngest sequences of this succession. These two sequences are divided by another evaporite unit, called Besalú Gypsum in the present work. The anhydrite layers attributed to the Serrat Evaporites were recognized to be thicker in the Ebro Basin than in the Cadí thrust sheet. Thus, the stratigraphic framework of this unit is characterized, from the Ebro Basin to the Cadí thrust sheet, by an anhydrite wedge which changes to a salt deposit in the basin center. By contrast, the Beuda Formation was recognized to be thinner in the Ebro Basin than in the Cadí thrust sheet. The analysis of samples and well-cores allowed to interpret the sedimentary models of the most representative evaporite units. Three paleoenvironments were distinguished in the Serrat Evaporites, from the margin to the basin center: sulphate platform, constituted by anhydrite nodules and pseudomorphs (after selenite gypsum); slope, formed by secondary gypsum (anhydrite in the subsurface) with laminated, detrital lithofacies; and deep basin, constituted by salt and shale layers, only recognized in the subsurface. On the other hand, in the Beuda Formation, only one paleoenvironment, characterized by a sulphate basin, was recognized in the Cadí thrust sheet. This paleoenvironment is represented by cycles of secondary gypsum (anhydrite in the subsurface) with massive and pseudomorphic (after selenite gypsum) lithofacies. However, the existence of areas with banded and laminated lithofacies, attributed to deeper environments, indicates the occurence of small troughs in the basin. The isotopic composition (delta-34S, delta-18O; 87Sr/86Sr) of gypsum and anhydrite samples indicates a marine origin of these units and, also, dissolution/re-precipitation processes of the sulphates. On the basis of the structural analysis of the stratigraphic correlations, the geological maps, the cross-sections, the interpretation of reprocessed seismic profiles and new gravity data, it was deduced that the sedimentation during the Late Cuisian and Lutetian had two tectonic stages: a first extensive stage, coeval to the sedimentation of the Serrat Evaporites and the Vallfogona Formation, and characterized by normal faults generated by flexural extension; and a second compressional stage, coeval to the fluvio-deltaic sedimentation, and characterized by fold-and-thrust and transverse strike-slip faults. During the first stage, the normal faults had oblique and perpendicular directions with respect to the Pyrenean shortening (N-S). During the second stage, the strike-slip faults were generated by reactivation of pre-existing normal faults. Also, the Serrat Evaporites acted as the décollement level of both the Cadí thrust sheet and the Serrat Unit. Finally, in this Ph.D. Thesis, in order to improve the knowledge about the role of the stratigraphic framework of a ductile succession (evaporites, in this case) on the structural evolution, sandbox models were developed. On the basis of a series of experiments, it was observed that the existence of geometrical discontinuities, located in materials analogue of the evaporites, generates zones of preferential deformation. Comparing the results of these experiments with the structural features of the SePB, it was interpreted that the evolution and the structural style of this basin was controlled by the existence of lithological discontinuities –as the case of the thickness change of the anhydrites between the evaporite platform and the deep basin– in the Serrat Evaporites. The existence of these lithological discontinuities generated out of sequence thrusts, contributing to the development of a piggyback basin.

Knowledge on lithosphere extensional mechanisms has greatly benefited from studies made both at presentday rifted margins and onshore fossil analogues. Nevertheless, the spatial and temporal evolution of the processes leading to continental break-up and oceanic crust formation remains poorly constrained. The Bay of Biscay and Pyrenees is used in this study as a natural laboratory to investigate the formation and reactivation of rift systems. A new offshore-onshore approach is developed and applied to identify, characterize and map the rift domains inherited from the Bay of Biscay opening and partly integrated into the Pyrenean orogen. This mapping reveals the complex architecture of European-Iberian plate boundary resulting from a strongly polyphased evolution. Several rift systems spatially distinct are preserved at different evolutionary stages. An important segmentation partially inherited from the pre-rift structuration controls the formation of the rift systems, an observation that has important implications for regional kinematic restorations. Several steps in compressional deformation can be distinguished and related to the rift inherited architecture. Reactivation is initiated in the exhumed mantle domain. Following the subduction of hyperthinned crust, continental collision processes are controlled by the proximal and necking domains acting as buttresses. These results emphasize the role of pre-rift inheritance for the spatial evolution of rift systems and the importance of the rift-related architecture to unravel the formation of collisional orogen.

The Cenozoic evolution of the Pyrenean-Cantabrian mountain belt was driven by both internal andexternal processes, such as tectonics, erosion and deposition. This alpine belt is made up by thePyrenees and the Cantabrian Mountains, and is characterized by significant lateral variations intotal shortening, structural styles and topography. This thesis aims to better constrain the controlson exhumation and topography development during syn- to post-orogenic times, from the Eoceneto the Pliocene, by focusing on two characteristic parts of the belt: the Southern Central Pyreneesand the Central Cantabrian Mountains. To this purpose, a multi-disciplinary approach isdeveloped, combining low-temperature thermochronology with different numerical modelingtools. To better understand lateral variations in exhumation of the belt, a new low-temperaturethermochronology dataset is presented for the Cantabrian domain. The first part of this thesispresents new apatite fission-track data and (U-Th)/He analysis on zircons, constraining the timingand amount of exhumation along the central Cantabrian cross-section. In particular, the Eocene toOligocene ages obtained from the different thermochronometers allow us to infer a more importantamount of burial and, consequently, a thicker Mesozoic sedimentary section than previouslyconsidered, thereby also refining the structural style of the section at the upper crustal scale.The extensive thermochronological dataset existing in the central Pyrenees is then used toreconstruct the late-stage evolution of the South Central Axial Zone by thermo-kinematic inversemodeling. The model predicts rapid exhumation of the area during late Eocene (late syn-orogenic)times, followed by a post-orogenic evolution that is strongly controlled by base-level changes. Asa consequence of the establishment of endorheic conditions in the adjacent Ebro foreland basin,together with the strong erosion of the Axial Zone, the southern foreland area was infilled by animportant amount of erosional deposits in late Eocene to early Oligocene times. The models allowus to constrain the level of infilling at ~2.6 km and to date the excavation of these sediments at~10 Ma, following opening of the Ebro basin toward the Mediterranean Sea. The thickness ofsediments draping the foreland fold-and thrust belt was verified using fission-track analysis and(U-Th)/He measurements on apatites from foreland sediments. Thermal modeling of the dataprovides an estimate of 2 to 3 km of sediments on top of the foreland and confirms its incision inLate Miocene times. The effect of syn-orogenic deposition on the building and late evolution ofthe southern Pyrenean fold-and-thrust belt has been modeled in the last chapter of this thesis usinga 2D thermo-mechanical numerical modeling approach. The models highlight the potential effectof syn-tectonic sedimentation on thrust kinematics at several stages of wedge building. Ourmodeling also shows that the addition of an Oligocene sediment blanket perturbs the thrustingsequence by stabilizing the central part of the external wedge and enhancing both frontal andinternal accretion; a pattern that reproduces the observed deformation in the Southern CentralPyrenees.

This Thesis reports on the integration of different modelling techniques to construct a unified and better constrained conceptual model of structural evolution of the Pico del Águila anticline (External Sierras, Southern Pyrenees, Spain). The structure is a well-known example of detachment fold, which exhibits a N-S structural trend, parallel to the direction of tectonic transport in the Southern Pyrenees. Based on field observations of an unevenly distributed Triassic décollement, analogue modelling show how to generate orogen-perpendicular structures which may result in transverse anticlines. Numerical models investigate the effect of a complex mechanical stratigraphy, characterized by an interlayering of competent and incompetent layers, plus syn-kinematic sedimentation in the fold growth. Based on field data and seismic interpretations, a 3D reconstruction and sequential geomechanical restoration of the Pico del Águila anticline reports the coexistence of multiple folding mechanisms occurring simultaneously in different units and structural domains of the fold, leading to a complex strain pattern that can not be assessed by simplistic kinematic 2D approaches. By integrating the presented models with the previous data in the region, we discuss about the benefits and drawbacks of each modelling technique and present an integrated model of structural evolution for the Pico del Águila anticline. This brings a better comprehension of the structure as well as the processes that drove the evolution of the N-S detachment anticlines in the External Sierras of the Southern Pyrenees. / L’anticlinal del Pico del Águila és un conegut exemple de plec de desenganxament amb sedimentació marina a fluvio-deltaica associada, amb una tendència estructural N-S, paral•lela a la direcció de transport tectònic dels Pirineus Meridionals. Basat en observacions de camp que indiquen una distribució heterogènia del nivell de desenganxament Triàsic, els models analògics mostren el procés de generació d’estructures perpendiculars al sistema orogènic que poden donar lloc als anticlinals N-S descrits a les Sierras Exteriores Aragonesas. Els models numèrics investiguen l’efecte d’una estratigrafia mecànica complexa, caracteritzada per una intercalació d’unitats competents i incomptetents (amb marcades diferències en el grau de competència, per tant) i de la sedimentació sin-cinemàtica en el creixement i evolució de l’anticlinal. Basat en dades de camp i interpretacions de perfils sísmics s’ha portat a terme una reconstrucció i restitució geomecànica tridimensional de l’anticlinal del Pico del Águila. D’aquestes se’n deriva la coexistència de de múltiples mecanismes de plegament actuant simultàniament en diferents unitats i dominis estructurals, la qual implica al seu torn un patró i distribució de la deformació que no poden ser avaluats mitjançant aproximacions o tècniques de modelització cinemàtiques o/i bidimensionals. S’integren també els resultats obtinguts a partir de les esmentades tècniques de modelització amb les dades i coneixements previs de la regió, es discuteixen els beneficis, desavantatges i limitacions de cadascuna d’aquestes tècniques de modelització, i es presenta un model integrat d’evolució estructural del Pico del Águila. Aquest anàlisi crític dels resultats i aquest esforç d’integració porten sense dubte cap a una millor comprensió de l’estructura i dels processos que menaren l’evolució dels plecs de desenganxament N-S de les Sierras Exteriores Aragonesas dels Pirineus Meridionals.

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.