Dans les zones de subduction, la géométrie du slab est l'un des paramètres qui contrôle les déformations tectoniques de la marge, le couplage et le potentiel sismogénique. La subduction des Antilles résulte du chevauchement de la plaque Caraïbe vers le NE sur les plaques Amériques, à une vitesse de convergence de 2 cm/an. La sismicité est hétérogène et augmente localement sous la plateforme des Iles Vierges. D’une obliquité croissante vers le nord, cette zone est favorable à un partitionnement dont les déformations sont très peu observées. Ces travaux ont permis de confirmer un substratum d’une affinité de croûte océanique épaissie par un panache mantellique et faiblement épaissi par le magmatisme formant les arcs volcaniques Deux structures accommodant le partitionnement de la déformation ont été mis en évidence. La faille de Bunce est une faille décrochante sénestre de 850 km s’étendant d’Hispaniola jusqu’à Barbuda découplant le prisme d’accrétion du substratum. Le Passage d’Anegada, dont nous avons découvert son extension vers le NE, entaille profondément l’avant-arc. Formé par extension due à la collision du Banc des Bahamas sur le nord de la marge caribéenne, ces structures sont réactivées en décrochement sénestre compatible avec du partitionnement. Les caractéristiques d’une dorsale lente (core complexe et grain océanique) entrant en subduction sont imagées pour la première fois. Elles affectent probablement la morphologie du prisme d’accrétion et le potentiel sismogène. Là où les séismes et les déformations de partitionnement (Passage d’Anegada) s'accentuent localement, le slab est moins profond. Ainsi, le couplage interplaque pourrait augmenter localement et favoriser l'activité sismique et le partitionnement tectonique sous le Passage d'Anegada. / In subduction zones, the 3D geometry of the plate interface is one of the key parameters that controls margin tectonic deformation, interplate coupling and seismogenic behavior. The North American plate subducts below the Caribbean plate with a convergence rate of 20 mm/y. The seismic activity is heterogeneous and increases locally under the Virgin Islands platform. The northward increasing convergence obliquity is favorable in partitioning which deformations were not really observed. This PhD confirms that the forearc crust is a crust of oceanic affinity thickened by hotspot magmatism and poorly affected by subduction magmatism. Two structures accommodating the partitioning of the deformation were identified. The Bunce Fault is a 850-kmlength sinistral strike-slip fault extending from Hispaniola to the east of Barbuda decoupling the accretionary prism from the Caribbean substratum. The Anegada Passage, whose extension towards the NE is highlighted, entailed deeply the forearc. The structures are reactivated in sinistral strike-slip faults compatible with the partitioning of the deformation after formation in extension due to the collision of the Bahamas Bank with the northern margin. We image for the first time the characteristics of a slow ridge formation (partly complex core and partly oceanic grain) entering in subduction. It affects the morphology of the accretion prism and probably the seismogenic potential of the subduction interface. We have highlighted a shallower slab which is located under the NE Anegada Passage and where earthquakes and partitioning deformations increase locally. Thus, the shallowing slab might results in a local greater interplate coupling favoring seismic activity and tectonic partitioning beneath the Anegada Passage.

Les zones de subduction présentent un intérêt majeur en termes de ressources minérales, notamment à cuivre et or. De nombreuses études se sont focalisées sur les mécanismes physico-chimiques de formation de ces minéralisations, mais très peu se sont intéressées aux processus géodynamiques qui contrôlent ces mécanismes. Dans cette étude, j’identifie les processus mantelliques et crustaux, liés à la dynamique tridimensionnelle (3D) de la subduction, qui favorisent la genèse de ces concentrations métalliques. La zone de subduction est-Méditerranéenne présente une évolution tectonique et magmatique complexe, avec de nombreuses données métallogéniques disponibles, ce qui en fait une zone d’étude privilégiée afin d’étudier ces interactions entre subduction et minéralisations. Ce travail a consisté à (1) réaliser un nouveau modèle de reconstructions cinématiques de la région, (2) caractériser la distribution spatiale et temporelle des occurrences magmatiques et minéralisées à partir de ce modèle, (3) mettre en évidence, via une étude de terrain, le contrôle structural de ces minéralisations et (4) apporter des contraintes physiques aux modèles conceptuels alors proposés, à l’aide d’une étude de modélisation numérique thermo-mécanique 3D. Deux provinces métallogéniques ont ainsi été mises en évidence : (1) au Crétacé supérieur, une province riche en cuivre qui s’est développée dans un environnement d’arc et (2) à l’Oligocène-Miocène, une province riche en plomb-zinc puis en or, qui s’est mise en place dans un contexte d’arrière-arc. Ces épisodes fertiles sont contrôlés par le retrait de la zone de subduction et les flux asthénosphériques associés qui permettent l’instauration d’un régime tectonique extensif (ou transtensif) dans la lithosphère, favorisant la genèse de ces systèmes minéralisés. Leur contenu métallique ainsi que leur typologie est alors fonction (1) de l’intensité avec laquelle ces processus influent sur la cinématique de subduction et (2) de l’histoire géodynamique antérieure de cette zone de subduction. / Subduction zones display a major economic interest, in terms of mineral resources, with mainly copper and gold deposits. While many studies focus on ore-forming physico-chemical mechanisms, the control of geodynamic processes on such deposits remains poorly investigated. In this study, I track tridimensional (3D) subduction-related mantle and crustal processes that promote ore genesis. The eastern Mediterranean subduction zone is a relevant study area to explore subduction-mineralization interactions, because of its complex tectonic and magmatic evolution and the large number of available metallogenic data. This work consisted in (1) performing a new kinematic reconstruction model of this region, (2) using this model, characterizing the spatial and temporal distribution of magmatic and ore occurrences, (3) evidencing, on the field, the relations between mineralization and large-scale tectonic structures and (4) providing physical constrains to proposed conceptual models, using 3D thermo-mechanical numerical modeling. Two main metallogenic provinces are evidenced: a late Cretaceous copper-rich and an Oligocene-Miocene lead-zinc- then gold-rich provinces emplaced in an arc and back-arc context, respectively. These metallogenic periods are controlled by the subduction zone retreat and associated asthenospheric flow that results in an extensional (or transtensional) tectonic regime in the overriding lithosphere, promoting ore genesis. Their metal content, as well as their typology then depend on (1) how much these processes affect the subduction kinematics and (2) the past geodynamic evolution of this subduction zone.

De par leurs magnitudes élevées et leur potentiel tsunamigénique, les séismes qui se produisent en contexte de subduction présentent un risque majeur pour les villes côtières souvent densément peuplées. La compréhension de la géométrie et du fonctionnement des zones de failles associées à ces ruptures sismiques a donc fait l'objet de nombreuses recherches sismologiques et géologiques.L’objectif de cette thèse est centré sur la caractérisation des zones de failles paléo-sismiques traversant des formations ophiolitiques subductées puis exhumées en surface des continent et sur leur comparaison avec les zones sismogéniques actuelles. Elle s’appuie sur une approche multi-échelle faisant intervenir les outils de la géologie structurale, de la pétrographie microstructurale, de la minéralogie, de la géochimie ainsi que les données de la géophysique. Le cas de la Corse alpine, de par la présence de nombreuses pseudotachylytes (étant considérées comme des fossiles de séismes) mafiques et ultramafiques constitue un cas d’étude idéal.La rupture sismique dans la nappe du Cima di Gratera est matérialisée par des réseaux de pseudotachylytes parallèles ou à fort pendages situées de part et d’autre de la discontinuité tectonique séparant les unités ultramafiques et mafiques formant la nappe. Le système de faille est caractérisé par une cinématique vers l’ouest associée à la subduction de la plaque océanique liguro-piémontaise sous la plaque adriatique. Les analyses minéralogiques des microlites présentes dans les pseudotachylytes mafiques indiquent une formation des veines en contexte de pression et température du facies eclogite, correspondant à une profondeur comprise entre 60 et 70 km, soit le début de la zone de sismicité dite de profondeur intermédiaire. La géométrie du système de faille a également pu être comparée à des géométries observées via la géophysique au large du nord-est Japon et à des profondeurs similaires.A également été mis en lumière l’impact de la serpentinisation sur le caractère sismique / asismique des discontinuités tectoniques faisant intervenir des formations mafiques et ultramafiques. En effet, la fusion frictionnelle issue des ruptures sismiques et responsable de la formation des veines de pseudotachylytes n’a été observée que dans le cas où était mis en contact la péridotite fraiche ou faiblement serpentinisée et le métagabbro. Les contacts impliquant la serpentinite et le métagabbro n’en présentent jamais et peuvent donc être considérés comme asismiques. Au regard de l’épaisseur des réseaux de pseudotachylytes dans les masses de péridotite et de leur absence dans les serpentinites, les masses de péridotites peuvent donc être assimilées à des aspérités au sein même de la plaque plongeante. / By their high magnitude and their ability to generate tsunami, subduction earthquakes present a major risk for the high population density coastal cities. The understanding of the geometry and the functioning of these seismogenic fault zones was the subject of numerous seismogenic and geologic studies.The objective of this thesis is focus on the characterization of paleo-seismic fault zones cross-cutting subducted ophiolitic formation and exhumed on the continent surface, and their comparison with current seismogenic zones. This study is based on a multi-scale approach and involves structural geology, microstructural petrography, mineralogy, geochemistry and geophysics tools. The Alpine Corsica, by the presence of numerous mafic and ultramafic pseudotachylytes (considered as fossils of past earthquakes) can be considered as an ideal study case.The seismic rupture in the Cima di Gratera Nappe is materialized by pseudotachylyte networks parallel or with a steep dipping to the fault separating the mafic and ultramafic units. The fault system is characterized by a top-to-the-west kinematic associated to the Piemonte-Liguria oceanic plate subduction under the Adriatic plate. The mineralogical analyses of the mafic pseudotachylyte microlites indicate a formation under a pressure and temperature conditions of the eclogite metamorphic facies. These conditions are consistent with a depth between 60 and 70 km which correspond to the upper part of the intermediate-depth seismicity zone. The geometry of the fault system was also compared to some geometry observed by the geophysics in the NE Japan subduction zone and at similar depth.It was also highlighted the role of the serpentinization on the seismic / aseismic character of the fault involving the mafic and ultramafic formations. Indeed, frictional melting resulting from the seismic rupture responsible to the pseudotachylyte veins formation was only observed in the case where the fresh peridotite or weakly serpentinized peridotite is in contact with the metagabbro. By opposition, the deformed zones involving the serpentinite and the metagabbro never show any pseudotachylyte and can be considered as aseismic. Considering the thickness and the polyphaser character of the pseudotachylyte networks and their absence in the serpentinite, the peridotite masses can be considered as asperities within the plate itself.

Dans la partie Nord de la zone de subduction des Petites Antilles, la convergence est fortement oblique alors qu’au Sud elle est frontale. Cette étude vise à comprendre les conséquences de l’entrée en subduction du plateau des Bahamas fortement flottant par l’étude de l'évolution du champ de contrainte dans le NE de la plaque Caraïbes, depuis l’Eocène. Ce travail montre que sur les îles les plus anciennes, l’arc volcanique s'initie à l’Eocène. La migration de l’arc vers sa position actuelle se produit durant la période Miocène inférieur – Miocène supérieur. La période Oligo-Miocène est charnière : le champ de contrainte évolue d'une extension pure parallèle à la fosse de subduction, à une extension radiale. Après une restauration de la déformation régionale, j'attribue ce changement d’état de contrainte, à l’initiation du partitionnement de la déformation dans le NE de la plaque Caraïbe qui accommode la courbure de la fosse faisant suite à l’entrée en subduction du banc des Bahamas. Dans l’archipel Guadeloupéen, les analyses structurales à terre et en mer montrent des régimes en extension pure perpendiculaire à la fosse. Les orientations des failles similaires depuis l’Eocène confirment un fort héritage structural. À l’actuel, dans le coin NE des Petites Antilles, le régime tectonique est décrochant avec une direction d’extension principale orientée NO-SE soit parallèle à la fosse. Dans l’archipel Guadeloupéen le régime tectonique est purement extensif orienté NE-SO perpendiculairement à la fosse. Cette rotation est interprétée comme résultant de l’augmentation vers le Nord de l’obliquité de la convergence du fait de la courbure de la zone de subduction. / To the north of the Lesser Antilles subduction zone, from North to South, the obliquity of the subduction is decreasing. This study is focus on the consequences of the entrance of Bahamas bank buoyant plateau into the subduction by studying stress field evolution in the NE of the Caribbean plate since Eocene. This work show that the volcanic arc activity on Anguilla bank islands begin at the Eocene. The volcanic arc migration toward his actual localisation occurs during early Miocene – late Miocene period. The Oligo-Miocene period is transitional as a switch in the stress field from pure parallel-to-the-trench to radial extension occurs. A restoration of the regional deformation shows that this switch is related to strain partitioning initiation in the upper Caribbean Plate in response to trench bending that followed the entrance of the Bahamas Bank in the subduction zone. In the Guadeloupean archipelago, kinematic analyses onshore and offshore show a pure extension with a perpendicular-to-the-trench σ3. The similar faults orientations since Eocene confirm that inherited structures control strain localisation. At present day, in NE corner of the Lesser Antilles, the NW-SE main extensional direction of strike-slip stress regime is trench-parallel. In the Guadeloupean archipelago, the pure extensive stress regime is trench-perpendicular (NE-SW). These different orientations of the stress field are interpreted to be the result of increasing trench bending to the North responsible for a northern increase of subduction obliquity

Beach shoreline retreat induced by coseismic subsidence in the Cascadia subduction zone is an important post-earthquake hazard. Sand on a beach acts as a buffer to wave attack, protecting dunes, bluffs and terraces. The loss of sand from a beach could promote critical erosion of the shoreline. This study was initiated in order to estimate the potential amount of post subsidence shoreline retreat on a regional scale in the Central Cascadia Margin. The study area is a 331 km stretch of coastline from Copalis, Washington to Florence, Oregon. Several erosion models were evaluated, and the Bruun model was selected as the most useful to model shoreline retreat on a regional scale in the Central Cascadia Margin. There are some factors that this model does not address, such as longshore transport of sediment and offshore bottom shape, but for this preliminary study it is useful for estimating regional retreat. The range of parameter input values for the Bruun model include: the depth of closure (h) range from 15 m to 20 m water depth; the cross-shore distance (L) range from 846 m to 5975 m; and the estimated subsidence amount (S) range from O m to 1.5 m. The minimum to maximum range of post-subsidence shoreline retreat is 142 to 531 m in the Columbia River cell, 56 to 128 m in the Cannon Beach cell, 38 to 149 m in the Tillamook cell, 25 to 91 m in the Pacific City cell, 11 to 126 m in the Lincoln City cell, 30 to 147 m in the Otter Rock cell, 0 to 165 m in the Newport cell, 0 to 76 m in the Waldport cell, and 0 m in the Winchester cell. Results of the study suggest that many of the beaches in the study area are at risk of beach and personal property loss. Beach communities could limit the amount of potential damage in these areas through coastal zone planning.

Le but de ce travail est de préciser la déformation en mer à l'est de Taïwan et de notamment caractériser les failles actives majeures en particulier au niveau de l'avant-arc des Ryukyus. Le problème majeur associé à l'étude de cette région est que les séismes sont localisés en dehors des réseaux permanents et que cela conduit à des localisations peu précises limitant les analyses statistiques, tectoniques et donc l'estimation correcte de l'aléa sismique. Ce travail est inclus dans le projet ANR ACTS (Active Tectonics and Seismic Hazard in Taiwan). Pour atteindre cet objectif, nous travaillons à trois échelles de temps différentes pour lesquelles une méthode de localisation différente a été proposée pour obtenir une image précise de la déformation sismique et mettre en évidence les failles majeures en mer à l'est de Taïwan. D'abord, à l'échelle du siècle (à partir de l'analyse d'un catalogue de sismicité homogène en magnitude), les séismes historiques instrumentaux (1897-2007) montrent que la marge des Ryukyus a été affectée par 6 séismes de magnitude supérieure à 7 dont 4 pour lesquels la faille responsable n'est pas connue. Nous proposons une méthode de localisation relative qui permet de relocaliser les évènements historiques à partir des différences de temps d'arrivées P et S (Ts-Tp) à chaque station. La localisation est obtenue en recherchant les séismes analogues dans le catalogue instrumental récent (1991-2008) pour lesquels Ts-Tp à chaque station est proche. Cette méthode a été appliquée au plus gros séisme (en terme de magnitude) jamais enregistré à Taïwan, le séisme du 5 juin 1920 (M7.7 $\pm$ 0.2). Ce séisme a certainement pour origine une rupture sur l'interplaque sismogène de la subduction des Ryukyus avec une possible nucléation à la base d'une faille hors-séquence. Ensuite, à l'échelle de la dizaine d'années, l'amélioration de la méthode de localisation absolue du MAXimum d'Intersection EDT (MAXI, EDT: Equal Differential Time) permet de mieux extraire les temps d'arrivées erronés et empêche les "trade-off" entre profondeur et temps d'origine et, entre profondeur et position épicentrale lorsque la couverture azimutale est faible (gap azimutal > 180°). Des tests synthétiques montrent l'efficacité de MAXI (en utilisant les ondes P uniquement) à déterminer les paramètres x, y et z même lorsque le gap azimutal est important. Dans ce dernier cas, la qualité des résultats reste dépendant du modèle de vitesse à représenter la structure 3D de la Terre. Nous proposons une démarche associant l'utilisation d'un modèle de vitesse des ondes P 3D a priori avec la méthode MAXI pour localiser les séismes qui sont latéraux et éloignés du réseau. Une application au cas de Taïwan et en Équateur valide cette approche. Enfin, à l'échelle de quelques mois, la campagne de géophysique marine RATS (Ryukyu Arc: Tectonics and Seismology) a été menée en deux temps. Une expérience de sismologie passive de juillet à octobre 2008 (RATS1) a été menée au-dessus de l'avant-arc des Ryukyus puis une expérience de sismique active (réfraction et réflexion) a été menée en mai 2009 sur une ligne NNE-SSW à travers la marge des Ryukyus. Ces deux expériences combinées permettent d'améliorer notre connaissance de la structure crustale de la marge. Au niveau de l'avant-arc, le socle de l'avant-arc est caractérisé par une extrémité formant un butoir vertical et une base très déformée certainement associée à une importante déformation hors-séquence. En profondeur, la plaque plongeante est certainement affectée par une déchirure qui contrôle la sismicité dans cette région de transition entre la subduction et la collision.

The interaction of magma with continental crust at convergent margins is fundamental to understanding if and how continents grow. Isotopic and elemental data constrain the progressive stages of development of the magmatic underpinnings of the long-lived Aucanquilcha Volcanic Cluster (AVC), situated atop the thick continental crust of the central Andes in northern Chile. Whole rock data are used in conjunction with mineral compositions to infer processes that gave rise to eleven million years of intermediate, dominantly dacite, arc volcanism. A pulse of volcanic activity at the AVC between ~5 and 2 Ma is bracketed by more sluggish rates. We document chemical changes in the lavas that accompany this eruptive evolution. Trace element data suggest that crystal fractionation and magma mixing were the dominant mechanisms generating the diversity observed in the AVC whole rock data. Fractionation was dominant during early and waning stages of magmatism, and magma mixing was an important process during the high flux period. Peak thermal maturity of the AVC underpinnings coincided with the high magma flux and likely promoted open system processes during this time. Mineral compositions from zircon, amphibole, pyroxene, and Fe-Ti oxides confirm the importance of material recycling in the production of evolved AVC rocks. Various geothermometers were employed to calculate the pre-eruptive conditions of AVC magma using mineral compositions. Pressure estimates from amphibole and two-pyroxene barometry indicate crystallization depths of 1 ��� 5 kb and 4 ��� 6 kb, respectively. Temperature estimates from zircon, Fe-Ti oxides, amphiboles, and pyroxenes indicate temperatures ranging from ~700��C to 1100��C. Zircon temperatures are always the lowest (700��C - 950��C), and pyroxene temperatures are always the highest (1000��C - 1100��C), with Fe-Ti oxide and amphiboles temperatures falling in between. U-Pb ages from zircons and thermometry from individual samples evidence the thermal maturation and consolidation of the underpinnings below the AVC, presumably culminating in a large, crystal-rich mush zone where magmas were trapped and processed. It is in these middle to upper crustal zones where magmatic diversity is attenuated and giant, relatively homogeneous batholiths are formed. Isotopes of AVC lavas are similar to values observed from other central Andes volcanic centers. Lead isotopes are consistent with the AVC's location within a Pb isotope transition zone between the Antofalla and Arequipa basement terranes. Oxygen and Sr isotopic ratios are high and Nd isotopic ratios low with respect to a depleted mantle. Through time, ������Sr/������Sr values of AVC lavas progressively increase from lows of ~0.70507 to ~0.70579 (upper values of 0.70526 to 0.70680), and ��Nd values decrease from highs of -1.0 to -4.6 (lows of -1.6 to -7.3). Similarly, O isotopes (�������O) show a slight increase in base level through time from lows of 6.5��� to 7.0��� (highs of 6.75��� ��� 7.5���). Dy/Yb and Sm/Yb ratios also increased systematically from highs of 2.11 to 3.45, and 2.76 to 6.67, respectively. Despite the temporal isotopic variation, there is little isotopic variation with indices of fractionation, suggesting this signal is the consequence of deep magmatic processing, here attributed to an expanding zone of melting, assimilation, storage, and homogenization (MASH) of mantle-derived magma in the deep crust. Upward expansion brought the MASH zone into contact with rocks that were increasingly evolved with respect to Sr and Nd isotopes, explaining the isotopic shifts. Downward expansion of the MASH zone enhanced garnet stability during basalt fractionation, explaining the increased Dy/Yb and Sm/Yb ratios. Mass balance calculations involving Sr, Nd, and O isotope modeling are consistent with a crustal component making up 10 - 30% of AVC lavas, implying that although the history of central Andean magmatism is replete with large scale crustal recycling, the current phase is largely a crust formation event. / Graduation date: 2012

La Méditerranée se situe dans une zone de convergence lente entre les plaques Eurasienne et Africaine (~5 mm/an), où des restes d'anciens bassins Téthysiens sont progressivement consommés par le retrait rapide de zones de subductions (~20-30 mm/an sur la zone de subduction Hellénique). En Méditerranée Orientale, une transition collision-subduction se produit dans l'Ouest de la Grèce (collision de la Plateforme Apulienne au nord et subduction Hellénique au sud), pratiquement à l'extrémité du Golfe de Corinthe et dans une région de propagation potentielle de la faille Nord Anatolienne. Afin d'étudier la cinématique actuelle de l'Ouest de la Grèce, nous adoptons une approche multi-échelle de la déformation:(1) Une modélisation grande échelle du champ de vitesses crustale horizontales mesuré par géodésie est effectuée afin de contraindre la cinématique au voisinage de l'Ouest de la Grèce, à la fois à terre et en mer. Un résultat majeur est qu'une zone d'extension distribuée N-S s'étendant de la Bulgarie à l'Est du Golfe de Corinthe a pour conséquence de désactiver la terminaison Ouest de la faille Nord Anatolienne dans le nord de la Mer Egée. Cette extension d'échelle régionale pourrait être causée par le retrait du slab Hellénique. (2) Une étude tectonique active permet d'établir une cartographie précise des failles actives de la région, leur chronologie relative et une estimation de leur vitesse de déplacement. Le demi-graben actif du Golfe Amvrakikos et la faille active N155° de Katouna-Stamna, qui constituent les frontières Nord et Est d'un bloc Iles Ioniennes-Akarnanie (IAB), sont caractérisés par des vitesses géologiques d'au moins ~ 4 mm/an et des vitesses mesurées par GPS de l'ordre de ~10 mm/an. Ce bloc IAB est limité à l'Ouest par la faille transformante de Céphalonie et semble se comporter de manière rigide.(3) Une fois les frontières du bloc IAB connues, nous montrons que le champ de vitesse GPS mesuré dans la région peut être entièrement expliqué par des effets transitoires de blocage élastique associés aux failles bordières de ce bloc. Le couplage sur l'interface de subduction n'a pas d'expression en surface, ce qui suggère qu'il doit être faible. Enfin, nous justifions l'existence d'un point triple de type Rift-Faille-Faille à la terminaison Ouest du Golfe du Corinthe.

La marge sud péruvienne est située au niveau d’une zone majeure de subduction océan continent depuis au moins le Paleozoique inférieur. C’est dans ce cadre que s’est formé l’un des plus importants orogènes du monde : les Andes Centrales. En effet, l’épaisseur crustale y est >60 km et ce sur une importante surface. Cependant, on considère actuellement que ce surrépaississement a été acquis incrémentalement seulement depuis ~30 Ma. Dans le but de comprendre comment et quand ce surrépaississement est apparu, la majeure partie des études précédentes s’est focalisée sur l’évolution de l’arc magmatique et sur l’histoire de la déformation, du soulèvement et de l’érosion de la zone d’arrière arc. Cependant, l’évolution tectonique et thermique de l’avant arc reste mal connue bien que cette zone soit susceptible de bien enregistrer les changements liés à la dynamique de subduction.Cette thèse à pour objectif de mieux contraindre l’évolution thermique et les couplages entre les processus magmatiques, tectoniques et sédimentaires depuis 200 Ma dans l’avant-arcactuel du sud du Pérou. De nouvelles données géo-thermochronologiques couplées à une nouvelle carte tecto-stratigraphique éclaircissent l’évolution de la marge péruvienne depuis le Jurassique. Trois périodes clefs sont analysées dans ce mémoire : le début de l’épaississement crustal, les déformations de l’avant-arc associées à la formation de l’Orocline bolivien et l’épaississement crustal de l’orogène des Andes Centrales pendant le Néogène.Nous montrons que l’épaississement crustal a probablement commencé entre 90 et 50Ma après plus de 200 Ma d’amincissement, et ce a la faveur d’une évolution en trois étapes :croissance initiale (90-74 Ma), « flare-up » (74-62 Ma) et effondrement extensionnel (62-50Ma). L’extension a ensuite prédominé dans l’avant-arc tout en diminuant progressivement jusqu’à ~30 Ma. Par ailleurs, nous mettons en évidence d’importantes zones de faillesnormales orientées perpendiculairement à la marge sud-péruvienne et qui délimitent de grands blocs basculés vers le nord-ouest. Ces déformations révèlent une extension parallèle à l’orogène dans l’avant arc pendant le Paléogène, probablement due à la formation de l’Orocline bolivien par rotation antihoraire de blocs rigides. Enfin, les traits géomorphiques visibles dans la zone cotiere du sud du Pérou permettent de définir deux périodes de soulèvement de la surface (entre 23 et 10 Ma et depuis ~4.5 Ma), séparées par une période de subsidence (entre ~10 et ~4.5 Ma). La même chronologie ayant été décrite sur le versant Amazonien de l’orogène, nous proposons que cette évolution soit due à des variations à grande échelle de l’épaisseur crustale ; le soulèvement de la surface étant provoqué par addition à la croûte de magma d’origine mantellique et la subsidence par un flux de matériel crustal ductile depuis les zones précédemment sur-épaissies. / The southern Peruvian margin has been located above a major ocean-continentsubduction zone since at least the Early Paleozoic, resulting in the formation of one of thelargest orogens in the world: the Central Andes, where crustal thickness is >60 km over a largearea. This overthickening is currently thought to have occurred incrementally only during thelast 30 Ma. To understand how and when crustal overthickening was acquired, most of theprevious studies have focused on the magmatic arc evolution and on deformation, uplift anderosion history of the backarc. The tectono-thermal Cenozoic evolution of the forearc remainspoorly known, whereas it is a zone prone to recording changes in subduction dynamics.The objective of this dissertation is to address the thermal evolution and the couplingbetween magmatic, tectonic and sedimentary processes over the past 200 Ma in the presentdayforearc of southern Peru where the crust thickens from ~30 km along the coastline tomore than 60 km under the present-day volcanic arc. New geo- and thermochronological datacoupled to a novel geological map illuminate the evolution of the south Peruvian margin sincethe Jurassic. Three key periods of the margin evolution are addressed in this dissertation: theonset of crustal thickening, the deformations associated in the forearc with the formation ofthe Bolivian Orocline and the Neogene crustal thickening of the Central Andean orogen.We show that crustal thickening likely began between 90 and ~50 Ma after more than200 My of lithospheric thinning during a three step evolution of the magmatic arc as follows:growth (90-74 Ma), flare-up (74-62 Ma), extensional collapse (62-50 Ma). Extension prevailedin the forearc since then and waned until ~30 Ma. In addition, we evidence important normalfault zones striking perpendicular to the southern Peruvian margin that delineate largenorthwestward tilted blocks. This deformation reveals orogen parallel extension in the forearcduring the Paleogene likely due to the formation of the Bolivian Orocline by counterclockwiserotation of rigid blocks. Finally, geomorphic features in the coastal area of southern Perureveal two periods of surface uplift (~23 to 10 Ma and since ~4.5 Ma), separated by a period ofsurface subsidence (from ~10 to ~4.5 Ma). The same chronology has been described on theAmazonian side of the Central Andean orogen. We thus propose that this evolution is due tolarge-scale crustal thickness variations; surface uplift being triggered by addition of mantlederivedmagmas to the crust and subsidence by ductile flow away from the previouslyoverthickened crust.

Comprendre comment s’initie une subduction au niveau d’une marge passive est un problème géodynamique majeur, mais il reste très débattu en raison des forces nécessaires pour provoquer la flexion de la plaque plongeante, et dépasser la résistance frictionnelle de la lithosphère pour localiser cette subduction. Formant la bordure sud de la Méditerranée Occidentale, la marge algérienne subit des conditions aux limites en compression en raison de la convergence Afrique-Eurasie à un taux de moins de 1 cm/an. Ce contexte favorise l’inversion de cette marge nord-africaine et possiblement le début d’une subduction. En effet, des données géophysiques récentes acquises dans le bassin algérien (campagnes de MARADJA, 2003, 2005 (MARge Active d’el Djazaïr) et SPIRAL 2009 (Sismique Profonde et Investigations Régionales en ALgérie) ont montré des indices de déformation compressive récente. Nous avons utilisé les profils SPIRAL afin de calculer l’état isostatique de la lithosphère au voisinage de la limite océan-continent. Ceci nous a permis d'imager un Moho trop profond dans le domaine océanique, et plus superficiel dans le domaine continental, de part et d'autre d'une limite située vers le pied de pente de cette marge, donc un déséquilibre isostatique général de la marge. Nos résultats indiquent que la marge algérienne montre les mêmes anomalies isostatiques qu’au niveau d'une marge active, avec une zone de découplage océan/continent située en pied de marge. Ces anomalies peuvent être interprétées par un mécanisme de flexure des deux lithosphères en présence, que l’on peut simuler ensuite par une modélisation en éléments finis d’une plaque mince élastique. / Understanding how subduction initiates at a passive margin is a major geodynamic question, which remains debatted because of the forces necessary to overcome bending and frictional resistance of the lithosphere and initiate this subduction. Along the southern shore of the Western Mediterranean Sea, the Algerian margin undergoes ~NS compression due to the African-Eurasian convergence at a rate of less than ~ 1 cm / year. This setting causes tectonic inversion of this North African passive margin and possibly incipient subduction. Indeed, recent geophysical marine data acquired in the Algerian Basin (MARADJA, 2003, 2005MARge Active d’el Djazaïr) and SPIRAL 2009 (Deep Seismic and Regional Investigations in Algeria campaigns) showed evidence of recent compressive deformation. We used SPIRAL wide-angle seismic profiles to determine the state of isostatic equilibrium at the vicinity of the continent-ocean boundary. This allowed us to image a too deep Moho in the oceanic part, and a too shallow one in the continental domain, with a boundary between both domains located at the margin toe. These results indicate that the Algerian margin display the same isostatic anomalies as an active margin. This isostatic disiquilibrium may be simulated by the flexural bending of two lithospheric plates that can be modelled by a finite element procedure. This modeling shows larger vertical deflection in the central part of the study area (6-7 km) compared to the earsternmost and westernmost profiles (3 km).