Résidus du disque primitif dans lequel les planètes se sont formées, les astéroïdes et les comètes fournissent des contraintes sur les processus de formation et d’évolution du système solaire. A partir des images de la mission Rosetta, l’objectif de cette thèse est de caractériser les morphologies de surface de ces petits corps, et d’en étudier les processus qui ont permis de les former et de les faire évoluer.Sur l’astéroïde (21) Lutetia, le relief est contrôlé par les impacts, formant des cratères, des nappes d’éjectas, des fractures et des boulders.Sur la comète 67P, la région Imhotep, située au niveau de l’équateur, présente des terrains lisses et des terrains consolidés très fracturés. Elle est la seule région à présenter des dizaines de structures circulaires de moins de 60 m de diamètre, probablement très anciennes (Ga), que l’on trouve associées à des couches stratifiées de quelques mètres d’épaisseur. Lors du passage au périhélie, des changements de grande envergure se sont produits dans les terrains lisses ; ils pourraient être liés aux contraintes mécaniques opérant dans le sous-sol de la comète. Un type particulier de fractures observé en surface de 67P a aussi été étudié. Ces fractures se joignent pour former des polygones 3 m en moyenne. Ces polygones résultent probablement des fortes variations de température en surface et en subsurface. Plus généralement, les observations et les travaux d’interprétation à partir des données de la mission Rosetta montrent que les morphologies de surface sur 67P sont autant dues à sa formation et à des processus endogènes qu’à des processus exogènes et évolutifs tels que la sublimation ou les contraintes thermiques. / Residuals from the accretion disk in which planets formed, asteroids and comets provide important constraints on the solar system formation and evolution processes. Based on the images from the Rosetta mission, the main objectives of this thesis are to characterize the morphologies at the surface of these small bodies and to study the processes responsible for their formation and evolution.On asteroid (21) Lutetia, the relief is controlled by impacts, forming craters, ejecta blankets, fractures and boulders.On the nucleus of comet 67P, the Imhotep region, located at the equator of the nucleus, presents smooth terrains and consolidated terrains, heavily fractured. It is the only region that shows tens of circular features less than 60 m in size, probably ancient, which we find associated with layers of several meters thick. During the passage at perihelion, major changes occurred in smooth terrains ; they may be linked to mechanical stresses acting in the nucleus subsurface. A particular type of fractures observed at the surface of 67P has also been studied in detail. These fractures join each other in polygons of roughly 3 m in size. These polygons probably result from the strong variations of temperature at the surface and subsurface. More generally, the observations and their interpretation from Rosetta data show that the morphologies at the surface of 67P can result from its formation and endogeneous processes, as well as from exogeneous and evolutionary processes such as the sublimation of ices or thermal stresses.

L'évolution topographique des chaînes de montagne résulte d'interactions complexes entre la tectonique et le climat via l'action des processus de surface. La quantification de l'évolution du relief passe par le développement d'outils méthodologiques permettant d'identifier les processus mis en jeu pour des échelles de temps (103-106 années) et d'espace (1-100 km) caractéristiques de contextes orogéniques. Dans cette étude, l'évolution Néogène et Quaternaire du relief des Alpes Européennes est abordée à partir d'une approche couplant la thermochronométrie basse-température in-situ (essentiellement (U-Th-Sm)/He et 4He/3He sur apatite) et la modélisation numérique. Le développement d'une méthode numérique associant la modélisation thermo-cinématique (Pecube) à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm) permet l'interprétation quantitative de données thermochronologiques en termes d'histoires d'exhumation et d'évolution du relief. La quantification de l'évolution du relief reste néanmoins problématique et fortement dépendante du contexte géomorphologique étudié. Cette étude implique la nécessité de repenser a priori la stratégie d'échantillonnage et d'interprétation des données suivant le contexte géomorphologique considéré et le signal d'exhumation que l'on cherche à quantifier via la thermochronologie. Enfin, l'application de cette approche à un jeu de données thermochronologiques échantillonnées dans le massif des Ecrins-Pelvoux (Alpes françaises) révèle l'existence d'un épisode d'exhumation rapide cessant autour de ~5-6 Ma, encadré par des taux d'exhumation plus modérés. Cependant, les données ne permettent pas de conclure quant à l'évolution tardi-Néogène du relief dans le massif des Ecrins-Pelvoux. L'application de la thermochronométrie 4He/3He dans la vallée du Rhône (Alpes suisses), couplée à des données thermochronologiques issues de la littérature, confirme un épisode d'exhumation rapide jusqu'à ~5-7 Ma, et révèle une augmentation majeure du relief local (~1-1.5 km) associée au creusement des vallées par d'importants appareils glaciaires. Le début de cette phase de creusement correspond à la transition climatique Mi-Pléistocène (~1 Ma) depuis des cycles glaciaires symétriques de 40 ka vers des cycles asymétriques (100 ka) de plus forte amplitude. Ces données permettent également de reconstruire la topographie pré-glaciaire du bassin versant du Rhône, et ainsi d'évaluer, à une échelle plus globale, l'impact des glaciations Pléistocènes sur l'évolution du relief. Des résultats préliminaires issus de la modélisation numérique des processus glaciaires mettent en évidence le potentiel d'une telle approche afin de tester quantitativement l'influence de la transition climatique Mi-Pléistocène sur le développement du relief alpin, ouvrant de nouvelles perspectives de recherche. Enfin, l'étude de l'évolution topographique post-glaciaire dans le massif des Ecrins-Pelvoux (modélisation numérique et utilisation du 10Be cosmogénique produit in-situ) met en évidence une dynamique d'érosion fluviale pouvant atteindre localement des vitesses de l'ordre du cm an-1, illustrant l'évolution géomorphologique rapide en réponse à la transition climatique entre le tardi-Pléistocène et l'Holocène.

Lorsque l’extension de la croûte sous les parties hautes des chaînes de montagnes est colinéaire à la direction de convergence, il est traditionnellement admis que le moteur est l’effondrement gravitaire. Pourtant, des études récentes remettent en cause ce paradigme en montrant que l’érosion induit un soulèvement et de l’extension dans la partie centrale des chaînes de montagne à faible taux de convergence. L’objectif de notre étude est d’étudier l’impact de la dénudation de la topographie sur le régime sismo-tectonique des chaînes de montagnes.La première partie de ce travail présente une compilation de données dans les chaînes de montagnes afin de dégager des relations entre régime sismo-tectonique et érosion. Sur la base de ces observations, un modèle cinématique simple permettant de prévoir le régime de la chaîne est proposé. Ainsi, pour les chaînes à faible taux de convergence et d’élévation moyenne, ce modèle prédit de l’extension lorsque le taux de dénudation est 15% plus élevé que le taux de convergence.La deuxième partie est consacrée au développement d’un modèle thermo-mécanique 2D en éléments finis pour étudier l’impact des processus de surface sur la déformation des Pyrénées. Les résultats montrent que la réponse isostatique à l’érosion permet de réactiver des structures pré-existantes. La cinématique d’un plan de faille hérité peut être prédite grâce au gradient du profil des vitesses de surface horizontales. Ainsi, un plan situé dans la zone d’érosion est réactivé en faille normale alors qu’en bordure de cette zone une faille est réactivée en régime inverse. Ces résultats suggèrent que la déformation actuelle des Pyrénées pourrait être la conséquence d’un processus d’érosion.Compte tenu du faible nombre d’études quantifiant les taux d’érosion dans les Pyrénées, les modèles développés dans la deuxième partie souffrent d’une forte incertitude. Pour y remédier, nous avons cherché à les quantifier dans les Pyrénées Centrales grâce à une étude qui combine deux types de données : taux de dénudation des bassins versants à partir des isotopes cosmogéniques, et vitesses d’incision à partir des sédiments piégés dans les karsts). Ces résultats sont présentés dans la troisième partie. Les profils de dénudation obtenus sont compatibles avec un rejeu en faille normale d’un plan situé dans la Zone Nord Pyrénéenne des Pyrénées Centrales. Dans les Alpes, une bonne corrélation apparaît entre la valeur du taux d’érosion et la vitesse verticale géodésique, ce qui pose la question de l’impact de la déglaciation tardi-Wurmienne dans les Alpes sur la déformation actuelle. Un modèle numérique détaillant cette relation est présenté dans le quatrième chapitre. Les résultats montrent que la déglaciation des Alpes occidentales est contrôlée par l’hétérogénéité rhéologique de la croute. Certains de nos modèles prédisent des vitesses de surrection compatibles avec celles mises en évidence par la géodésie. / When mountain ranges upper parts express crustal extension direction collinear to the convergence direction, it is traditionally accepted that the extensive motor is gravitational collapse. However, recent studies challenge this paradigm by showing that erosion induces uplift and extension in the central part of the low convergent mountain ranges. Our goal is to investigate the impact of the denudation on the seismotectonic regime of mountain ranges.In order to identify a relationship between seismotectonic regime and erosion, the first part of this work presents a compilation of data in the mountain ranges. Based on these observations, a simple kinematic model is proposed to predict the seismotectonic regime of the chain. Thus, for low convergence rate chains with a moderate mean elevation, this model predicts an extension regime when the denudation rate is 15% higher than the convergence rate.The second part is devoted to the development of thermomechanical 2D finite element model to study the impact of surface processes on the deformation of the Pyrenees. The results show that the isostatic response to erosion reactivates pre-existing structures. The kinematics of an inherited fault plane can be predicted due to the gradient of the horizontal surface velocities profile. Thus, a plane located in the eroded zone is reactivated in normal fault when in a border area of this same plane is reactivated in reverse fault. These results suggest that the current deformation in the North Pyrenean Zone could be the result of surface processes.Given the small number of studies quantifying erosion rates in the Pyrenees, the models developed in the second part suffer from high uncertainty. To remedy this, we sought to quantify it in the central Pyrenees through a study that combines two types of data: watershed denudation rates from cosmogenic isotopes concentration, and incision rates from sediments buried in the karst. These results are presented in chapter 3. Denudation profiles obtained are consistent with a replay of a normal fault plane located in the North Zone of the Central Pyrenees.In the Alps, a good correlation appears between the value of the rate of erosion and geodetic vertical velocities, which raises the question of the impact of the late-würmian deglaciation in the Alps on the present deformation. A numerical model detailing this relationship is presented in the fourth chapter. The results show that deglaciation of the western Alps is controlled by the rheological heterogeneity of the crust. Some of our models predict uplift rates consistent with those highlighted by geodesy.

Le modèle climatique régional MAR (Modèle Atmosphérique Régional) est mis en œuvre pour la simulation du climat en Afrique de l'Ouest, piloté à ses frontières latérales par les réanalyses ERA-15. Une simulation de 10 ans, portant sur les années 1983 à 1992 est effectuée. Une validation des sorties pluviométriques du MAR est faite sur une large gamme d'échelles temporelles, depuis le pas de temps journalier jusqu'à la variabilité inter-annuelle. Le MAR reproduit favorablement les principales caractéristiques du régime pluviométrique en Afrique de l'Ouest. Deux déficiences sont soulignées : une sous-estimation des précipitations en zone sahélienne et une mauvaise représentation des précipitations à l'échelle journalière. Une comparaison des sorties du MAR avec les données pluviométriques journalières de l'IRD a permis de mettre en évidence le fait que le MAR se comporte de manière assez satisfaisante pour des échelles temporelles supérieures à 3-5 jours. La sensibilité du modèle à la prescription des états de surface est également étudiée à travers la simulation de l'année 1992. Enfin le MAR est utilisé dans une étude de processus afin d'analyser les mécanismes de la progression irrégulière de la mousson ouest-africaine. Une explication, basée sur des considérations thermiques et sur la distribution géographique de l'albédo de surface, est proposée.

L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation. / Hillslope evolution results from the combined action of weathering and sediment transport processes, which are thought to be both influenced by climate. Yet, the strength and nature of the connection between climate and hillslope erosion remain poorly understood at a quantitative level. In this study, we present a new numerical model of soil production and transport, which aims to better represent, at different time scales, the climate control on soil transport. The numerical model operates at the scale of a single hill and predicts the rates of soil thickness and elevation change, by using a simple parametrization of soil production and a multi-process parametrization of soil transport which includes climate-dependent variables (overland flow discharge and active-layer depth). Simple ground heat transfer and water balance models are used for calculating these variables from time-series of precipitation and temperature. The behaviour of the model has been studied through a few simulation examples and sensitivity analysis. The results highlight the importance of considering multi-process parameterization of soil transport when modelling the response of the hillslope system to climate variations, as these results display significant differences on how each transport process behaves under various climatic conditions and on how each process affect the evolution of the system. Our numerical model has also been combined with an inversion scheme (Neighbourhood Algorithm) to extract quantitative information on the evolution of hillslopes in the Ardenne (Belgium, NW Europe) during the Last Glacial-Interglacial Cycle, using a simple climatic scenario and a unique set of topographic and soil thickness data. Model predictions based on inversion results are consistent with independent observations on hillslope morphology and cosmogenic nuclide-derived erosion rates, although the inversion results show that soil production and transport rates under both the cold and warm phases of the last climatic cycle cannot be fully constrained by the present-day soil thickness distribution. The inversion results suggest that soil transport is by far more efficient during the cold climatic phase than during the warm phase, resulting in the succession of weathering-limited (cold phase) and transport-limited (warm phase) systems. Maximum soil transport rates are predicted during the transitions between the cold-warm phases. The results also suggest that a soil thickness dynamic equilibrium has been recently reached on convex regions of the hillslopes, while shallow soils found in convergent areas may be the relics of the soil thickness distribution that formed during the cold phase.

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. / 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.

Cette thèse porte sur le rôle des précipitations sur l'érosion et la formation des reliefs dans l'Himalaya Népalais. J'étudie chaque étape du processus d'érosion : 1) Evaluation des bases de données de précipitations, 2) Transfert des précipitations au débit fluvial, 3) Mobilisation et transport du matériel dans le bassin versant, et enfin 4) Mécanismes d'érosion sur de longues échelles de temps. Je montre que la base de données de précipitations obtenue par interpolation de données pluviométriques est la plus performante pour la région de l'Himalaya. Je démontre l'importance d'une composante majeure, jusqu'alors ignorée, du cycle de débit de l'Himalaya que j'identifie comme étant les aquifères de sous-sol fracturé, et j'évalue la contribution de la fonte des neiges et glaces aux rivières Himalayennes. Les taux d'érosion calculés à partir des flux de sédiments en suspension et des analyses de nucléides cosmogéniques varient de 0.1 à 4 mm/a. Les rivières au Népal sont limitées par l'apport sédimentaire alors que les versants, en tant que source de sédiments, sont limités par le transport. Enfin, je montre que l'érosion sur des milliers d'années ne dépend des précipitations mais du relief.

L'évolution des versants est le résultat de l'action combinée des processus d'altération et de transport sédimentaire. Même si il est généralement admis que l'efficacité de ces processus varie en fonction du climat, la quantification de l'influence climatique sur l'érosion des versants reste encore peu développée aujourd'hui. S'inscrivant dans cette problématique, notre étude est consacrée au développement d'un nouveau modèle numérique d'érosion des versants, ayant pour objectif de mieux représenter, à différentes échelles de temps, les multiples aspects du contrôle climatique sur les processus de transport de sol. Ce modèle numérique permet de simuler l'évolution de l'épaisseur de sol et du relief à l'échelle d'un versant; il repose sur une paramétrisation simple de la production de sol couplée à une paramétrisation multi-processus du transport de sol, qui comprend plusieurs variables en étroite relation avec le climat (débit de ruissellement, épaisseur de couche active). Le calcul de ces variables est réalisé sur base de séries temporelles de précipitation et de température avec l'aide d'un modèle de transfert de chaleur et d'un modèle de bilan hydrologique. Le comportement du modèle a été étudié au travers de quelques exemples génériques et d'analyses de sensibilité. Les résultats obtenus montrent des différences significatives dans la façon dont se comporte chaque processus de transport sous conditions climatiques variables, et également dans la manière dont chaque processus affecte l'érosion globale des versants. Ces résultats mettent ainsi en lumière l'importance de la paramétrisation multi-processus du transport de sol dans la modélisation de la réponse des versants aux changements climatiques. Nous avons également développé une méthode associant le modèle d'érosion de versant à un algorithme d'inversion (Neighbourhood Algorithm). Cette méthode a permis de caractériser de manière quantitative l'évolution des versants ardennais (NE Belgique) lors du dernier cycle glaciaire-interglaciaire, sur base d'un scénario climatique simple et de nombreuses données topographiques et d'épaisseurs de sol. Les résultats de l'inversion produisent des prédictions en accord avec certaines observations sur la morphologie des versants ardennais ainsi qu'avec des taux d'érosion estimés indépendamment sur base de concentrations en isotopes cosmogéniques, même si on montre que la distribution actuelle des épaisseurs de sol ne renferme pas assez d'information pour déterminer entièrement les taux de production et de transport de sol lors des périodes froides et tempérées du dernier cycle climatique. Les résultats de l'inversion suggèrent des taux de transport de sol bien plus élevés lors de la période froide que lors de la période tempérée, produisant une succession de systèmes limités par la production de sol d'une part (période froide), et par le transport de sol d'autre part (période tempérée). Un pic de transport de sol est prédit lors des transitions entre ces périodes. Les résultats laissent également suggérer qu'un équilibre dynamique en terme d'épaisseur de sol a été récemment atteint dans les parties convexes des versants, alors que des sols peu épais observés dans les parties concaves pourraient correspondre à des traces de la distribution des épaisseurs de sol qui prévalait lors de la dernière glaciation.

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.

Afin d'étudier la dynamique d'un système orogène/avant-pays et plus particulièrement l'impact des processus de surface sur son développement, notre travail se base sur deux axes principaux. Dans une première partie, à l'aide de modèles analogiques de prisme d'accrétion, nous analysons les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation au cours de la croissance de l'orogène. Le modèle de base reproduit l'évolution d'une section de prisme, qui s'étend de l'orogène au bassin d'avant-pays, et où les héritages à la fois structural et lithologique sont simulés. Dans une seconde partie, l'accent est mis sur la tectonique récente et les processus géomorphologiques qui affectent la klippe des Préalpes suisses et les unités structurales environnantes (le bassin molassique et le Jura). Des analyses de télédétection permettent d'évaluer l'influence de la tectonique sur le réseau de drainage et la morphologie du paysage. De plus, des analyses de terrain menées localement dans les Préalpes fournissent des informations sur la nature et la cinématique des fractures cassantes et des champs de paléocontraintes.