Reproduction de : Thèse de doctorat : Géologie : Cergy : 2006. / Titre provenant de l'écran titre. Bibliogr. p.221-236.

Thèse de doctorat--Structure et évolution Terre et planètes--Montpellier 2, 2003. / Titre provenant de l'étiquette du support.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Science de la Terre : Toulouse 3 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 261-284.

Dissertation--Fachbereich Geowissenschaften--Mainz--Johannes Gutenberg Universität, 2004. Thèse de doctorat--Terre solide, géodynamique--Montpellier II, 2004. / Mention parallèle de titre ou de responsabilité : Contraindre l'évolution tectonique des systèmes de faille extensive dans les Cyclades (Grèce) en utilisant la thermochronologie de basse température. Thèse soutenue en co-tutelle. Bibliogr. Titre provenant de l'écran-titre.

Ma thèse se focalise sur l'étude des mécanismes qui ont conduit au soulèvement et à la construction du relief dans les Andes du Nord du Pérou. Dans cette région, la Cordillère Blanche forme les plus hauts sommets péruviens (> 6000 m) et constitue une anomalie à l'échelle des Andes. La morphologie de cette région des Andes est marquée par un pluton de forme atypique, allongé et à l'affleurement sur plus de 150 km. Ce pluton est bordé par une faille normale de plus de 200 km de long. La présence de cette faille normale majeure en contexte de subduction plane reste surprenante car ces zones de subduction planes semblent induire une augmentation du raccourcissement dans la plaque chevauchante. Mon travail a eu pour objectifs de caractériser les variations de l'état de contraintes régional, l'âge du soulèvement et de discuter les processus géodynamiques qui ont contribué à la formation du relief. Dans ce cadre, j'ai utilisé une approche pluridisciplinaire impliquant sur plusieurs échelles spatio-temporelles et comprenant à la fois de nouvelles données de terrain, leur analyse et leur modélisation.Mes données de microtectonique indiquent qu'il est possible de générer de l'extension au dessus d'une subduction plane à l'échelle régionale. Ces données sont en contradiction avec l'augmentation du raccourcissement classiquement attendue dans la plaque chevauchante. Mes nouvelles données de thermochronologie basse température et leur modélisation montrent une augmentation de l'exhumation induite par le soulèvement de la Cordillère Occidentale à 15 Ma. En les confrontant aux modèles précédents, je propose un soulèvement régional lié à l'aplatissement de la subduction et à la topographie dynamique associée.J'ai également étudié l'impact de l'arc Miocène sur le soulèvement à une échelle plus locale. Pour cela, j'ai compilé tous les âges de refroidissement du pluton disponibles dans la littérature. En parallèle, j'ai obtenu les premières données de profondeur de mise en place du batholite de la Cordillère Blanche. Cela m'a permis de proposer une structure du batholite en sills empilés puis basculés vers l'est. De plus, la modélisation des variations spatio-temporelle des taux d'érosion à partir des données de thermochronologie basse température indique une augmentation importante des taux d'érosion dans la Cordillère Blanche à partir de 2 Ma. L'arc Miocène ne semble donc pas contribuer significativement au soulèvement malgré sa probable contribution à l'épaississement de la lithosphère. En revanche, l'érosion glaciaire récente semble contribuer fortement à l'exhumation de la Cordillère Blanche et au basculement du batholite.Dans la dernière partie de ma thèse, pour quantifier l'importance de l'érosion dans la création du relief et le soulèvement, j'ai modélisé l'évolution du paysage de la région (FastScape). Mes modélisations numériques démontrent le rôle majeur de l'érosion et du rebond flexural associé dans la création du relief et les taux de soulèvement. Pour finir, basée sur les données de la littérature et celles apportées par mon travail de thèse, je propose un nouveau modèle pour expliquer la faille normale de la Cordillère Blanche dans son contexte régional. Ce modèle implique une faille normale d'extrado et l'érosion importante du mur de la faille. / My thesis focuses on the mechanisms that controlled the uplift and construction of the relief in the northern Peruvian Andes. In this area, the Cordillera Blanca forms the highest peaks in Peru (> 6000 m), which is a topographic anomaly across the Andes. The morphology of the Cordillera Blanca is marked by an elongated pluton, which outcrops over 150 km. In addition, this pluton is bordered by the largest normal fault from South America. The presence of this major normal fault in a flat-slab context remains surprising because flat slabs usually induce an increase of the shortening in the overriding plate. The aim of my work is to characterize the variations of the regional stress field, the age of the uplift and discuss the geodynamic processes that contributed to relief building. To address these issues, I used a multidisciplinary approach involving new field data, their analysis and modeling.My microtectonic dataset reveals regional extension above the Peruvian flat-slab. This data contradicts the expected increase of shortening in the overriding plate. Modeling my new thermochronologic data shows an increase in the exhumation rates induced by the uplift of the Cordillera Occidental since 15 Ma. I propose that the regional uplift relates to the flattening of the subduction and associated dynamic topography.To address the impact of the Miocene arc on the uplift at a more local scale, I compiled the cooling ages of the pluton available in the literature. In parallel, I obtained the first amphibole thermo-barometry data that constrains emplacement depth of the Cordillera Blanca batholith. Following these data, I propose that the batholith is structured in eastward-tilted sills. In addition, modeling of the space and time variations of erosion rates based on the inversion of thermochronologic data indicates that erosion rates significantly increased in the Cordillera Blanca since 2 Ma. The Miocene arc seems to insignificantly contribute to the local uplift despite its contribution to the thickening of the lithosphere. Thus, I suggest that the recent glacial erosion contributes to the exhumation of the Cordillera Blanca and subsequent tilting of the batholith.Then, I modeled the landscape evolution for the Cordillera Blanca region to quantify the contribution of erosion in the relief building and the uplift. My numerical models (FastScape) evidence the importance of erosion and associated flexural rebound in fostering relief building and the uplift rates.Finally, based on all available data, I propose a new regional model to explain the Cordillera Blanca normal fault. This model implies an extrado normal fault and erosion of the footwall.

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.

Ce travail de thèse a pour but de mieux documenter les processus majeurs qui ont lieu lors de la collision alpine : le raccourcissement crustal, l'évolution thermique et les circulations de fluides. La première partie de ce travail apporte de nouvelles données thermo-chronologiques U-Th-Sm/He sur zircon (ZHe) et RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material, Tmax) sur le massif des Aiguilles Rouges. Ces données sont intégrées à l'histoire thermique de ces massifs et utilisées pour contraindre l'évolution structurale de la marge dauphinoise proximale lors de son inversion. La seconde partie de ce travail consiste en la mise au point d'une nouvelle méthode de restauration des coupes qui ont subi de fortes déformations ductiles. Le travail de terrain a de plus permis de définir le cadre structural et microstructural de l'étude des circulations de fluides à l'interface entre socle et couverture dans ces mêmes bassins du massif de l'Oisans. Les données géochimiques (isotopie, microthermométrie des inclusions fluides, éléments traces) montrent que des fluides (en faible quantité) dérivés du socle ont percolé à la base de la couverture dès l'initiation du raccourcissement collisionnel. Ces résultats permettent de proposer un modèle conceptuel d'évolution des circulations de fluides à l'échelle des massifs cristallins externes alpins. Dans une dernière partie, la modélisation thermomécanique de l'inversion de bassins hérités montre que la profondeur d'enfouissement tectonique joue un rôle primordial dans le style d'inversion des bassins. L'ensemble des résultats sont intégrés dans un modèle d'inversion collisionnelle de la marge européenne. / This work aims at better documenting and understanding major processes that occur during Alpine collision, such as crustal shortening, thermal evolution and fluid circulations. In the first part of the work, we provide new U-Th-Sm/He on zircon (ZHe) thermochronological data and new RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material) data for the Aiguilles Rouges. These data are integrated into the thermal histories of these massifs and used to constrain the structural evolution of the proximal Dauphinois margin during its collisional inversion. The second part of the work consists of the development of a new methodology to balance cross-sections where rocks were ductilely deformed. Finite deformation of the metasedimentary cover of the Oisans basins is used to constrain shortening. Fieldwork allowed us to define the structural and microstructural setting for the study of fluid circulations close to the basement/cover interface in the very same basins. Geochemical analyses (stable isotopes, microthermometry of fluid inclusions and trace elements) highlight that small amount of basement-derived fluids percolated into the cover as soon as the onset of collisional shortening. Those results are gathered into a conceptual model of evolution of fluid circulation through time and progressive deformation at the scale of the entire ECM. In the last part, thermomechanical modeling of inversion of inherited extensional basins show that tectonic burial is a major parameter controlling basin inversion style. Finally, all those new results are integrated into a scenario of the inversion of the European margin during Alpine collision.

Pendant des années, la recherche s'est principalement concentrée sur le soulèvement Andin de la Cordillère orientale de Colombie et sur l’étude des sédiments tertiaires dans les bassins sédimentaires pour comprendre la déformation andine. Récemment, la nécessité d'évaluer de nouvelles cibles a poussé l'industrie pétrolière à acquérir de nouvelles informations sur la série crétacée de la Cordillère Orientale (CO) et du cours moyen du Rio Magdalena (CMM). Le but de ce travail, est d'analyser ces données qui suggèrent que les sédiments du bassin du CMM ont été déformés au Crétacé.Les sédiments crétacés sont exposés dans la CO, mais seuls quelques affleurements sont connus dans le CMM. En revanche, beaucoup les informations de nombreuses lignes sismiques et de quelques puits traversant les unités crétacées sont disponibles sur cette zone. L’interprétation de quelques lignes sismiques sélectionnées du CMM a été contrôlée par les données de puits et et les observations de terrain, et la nature et le style des déformations observées ont été analysées. De cette façon, des discontinuités importantes et des structures tectoniques ont été identifiées, montrant que des failles ont été inversées tectoniquement par à-coups au Crétacé, avant l'orogenèse andine. Cette vision détaillée de l’évolution tectonique et sédimentaire de la série crétacée, surtout dans le CMM, met en évidence des discordances multiples résultant de multiples phases de déformation, de soulèvement et/ou de variations du niveau marin survenant au cours du Crétacé. Ceci est important pour comprendre les processus affectant la marge andine au Crétacé, puisque les interactions entre tectonique et variations eustatiques pourraient avoir été plus complexes que proposé antérieurement.L’analyse des traces de fission sur zircon et apatite et la modélisation thermique du Nord au Sud de la zone d'étude ont été faites sur des échantillons du Crétacé indiquant l'occurrence de deux événements thermiques et deux événements de refroidissement pour des unités anté-Campaniennes, et d'un réchauffement et d’un refroidissement pour les unités postérieures à ~ 70 Ma. Enfin, un régime de subduction cyclique pourrait expliquer les événements tectoniques extensifs et compressifs responsable des phases de dépôt, d'exhumation et d'érosion observées dans le CMM et l’OCO entre le Jurassique terminal et le Paléocène.L'analyse réalisée à l'aide de la stratigraphie et des cartes de faciès génère au chapitre 3, L'interprétation structurelle, chronostratigraphie en utilisant des diagrammes de roues, restauration structurelle schématique, permettant de reconnaître plusieurs cycles de dépôt (S1 à S5) limités par discordances (SU1 à SU5), sont le résultat de la fluctuation du niveau de la mer (cycles de régression-transgression) générée pour les événements tectoniques liés au régime de subduction des dalles. / For years, studies have been mainly focused on the Andean uplift of the Eastern Cordillera in Colombia and on the evaluation of the Tertiary units in sedimentary basins, in order to understand the recent deformation. Recently, due to the necessity oil industry to evaluate new targets, new information has been acquired on Cretaceous units form the Eastern Cordillera (EC) and the Middle Magdalena Valley (MMV). The aim of this work, is to analyses these data, which provide evidences for Cretaceous deformation in the basin of the MMV.Cretaceous sediments are exposed in the Eastern Cordillera, but only few outcrops are known in the MMV. Instead, a lot of seismic information is available and some drilled wells crosscut the Cretaceous units in this area. The interpretation of some key seismic sections in the MMV has been validated using field observation and well information, and the nature and style of the observed structures have been discussed. By these means, important Cretaceous unconformities and tectonic structures were identified, showing that some faults were progressively, tectonically inverted, prior to the Andean Orogeny. The resulting detailed picture of the Cretaceous tectonic and sedimentary evolution, especially in the MMV, evidences multiple unconformities resulting from different stages of deformation, uplift and/or level sea changes during the Cretaceous. This must be kept in mind to understand the processes acting in the Andean margin during the Cretaceous, since the interaction between deformation and sea level changes may have been more complex than previously thought.The fission tracks analyses on zircon and apatite and the thermal modeling from the North to the South of the study area were made on Cretaceous samples indicate the occurrence of two heating events and two events of cooling for pre-Campanian units, and of one event of heating and one event of cooling from units younger than ~ 70 Ma. Finally, a cyclic subduction regime may explain the tectonic extension and compression events responsible for the deposition, exhumation and erosion phases observed in the MMV and WEC from the latest Jurassic to the Paleocene.The analysis made using stratigraphy and the facies maps generate in chapter 3, The structural interpretation, chronostratigraphy chart using wheeler diagrams, schematic structural restauration, permit to recognize several cycles of deposition (S1 to S5) limited by unconformities (SU1 to SU5), which are the result of sea level fluctuation (Regression-Transgression cycles) generated for the Tectonic events related to the regimen of slabs subduction.

La chaîne de l'Himalaya, longue de près de 2500 km, résulte de la collision des continents indien et asiatique qui a été initiée il y a 55 Ma. Depuis cette collision initiale, la morphologie des paysages au niveau de l'ensemble Himalaya/Tibet n'a pas cessé d'évoluer, façonnée par la tectonique et l'érosion. A son extrémité nord-ouest, la chaîne de l'Himalaya montre une mosaïque de reliefs contrastés. Des zo-nes aux reliefs vigoureux enchâssent des régions caractérisées par un relief faible mais à haute altitude. Le meilleur exemple en est sans doute le Plateau de Deosai. Situé à ~4000 m d'altitude moyenne sur les terrains de l'Arc Kohistan/Ladakh, il est entouré de massifs aux reliefs très incisés, tels que la chaîne du Karakorum au nord-est et le Massif du Nanga Parbat à l'ouest. Ces massifs regroupent à eux deux 6 des 14 sommets de plus de 8000 m au monde.<br />Cette étude présente une analyse couplée morphologique et thermochronologi-que de l'Himalaya du nord-ouest, appuyée sur deux campagnes de terrain sur et autour du Plateau de Deosai. Cette approche pluridisciplinaire nous à permis : (1) de préciser les caractéristiques morphologiques de l'Himalaya du nord-ouest et (2) d'éclairer l'histoire de la formation et de l'exhumation des régions de faible relief à haute altitude jusqu'alors peu étudiées dans ce contexte. <br />Les analyses morphologiques, à l'échelle du nord-ouest Himalaya, montrent que plusieurs zones de faible relief à haute altitude existent à l'ouest de la Faille du Ka-rakorum, de part et d'autre de la suture Indus-Tsangpo. Les travaux de thermo-chronologie permettent de proposer les premiers âges thermochronologiques de basse température (AFT, et (U-Th)/He sur apatite et zircon) de cette partie de l'Arc Kohistan/Ladakh. Ils suggèrent, grâce à la modélisation d'histoires thermiques et leur comparaison avec les données de la littérature, que les surfaces de faible relief à haute altitude se sont formées depuis 30 à 40 millions d'années. Ces dernières ont, depuis ce stade, évolué lentement, à la faveur de vitesse d'exhumation faible (~200 m.Ma-1), au contraire des massifs incisés dont l'exhumation est rapide (plu-sieurs km.Ma-1 pour le Nanga Parbat depuis ~10 Ma). L'étude morphologique des profils des rivières drainant le Plateau de Deosai et la modélisation thermo-cinématique de l'évolution de sa bordure nord, nous permettent de montrer que l'érosion est localisée dans les grandes vallées et peu efficace à l'intérieur du pla-teau. L'histoire d'exhumation et les caractéristiques morphologiques des régions de faible relief à haute altitude très proches de celles de l'ouest Tibétain, suggèrent qu'à l'Éocène ils ne formaient qu'un seul ensemble. Les régions de faible relief à l'ouest de la Faille du Karakorum ont petit à petit été individualisées à la faveur d'une érosion localisée dans les grandes vallées et dirigée par les grands accidents tectoniques.

Le flux de sédiments en provenance des Alpes montre une importante augmentation à la limite Mio-Pliocène (⊥5 Ma). Cette observation, liée à l'exhumation du bassin molassique suisse depuis 5-4 Ma, a conduit à suggérer que les Alpes ont connu une exhumation et un uplift isostatique accélérés à l'échelle de l'orogène depuis cette période. Les objectifs principaux de cette thèse sont de déterminer s'il existe une hausse de l'exhumation alpine après 5 Ma, de préciser son extension spatiale et temporelle, et de passer en revue les différents facteurs potentiels (tectoniques ou climatiques) contrôlant cette dénudation. J'ai développé durant la thèse une nouvelle technique utilisant les contours isoâge associés aux relations âge-élévation pour, à partir de la mise à jour d'une base de données d'âges par traces de fission dans les Alpes Européennes occidentales, reconstruire des surfaces de refroidissement isoâge et estimer les taux d'exhumation de l'orogène entre 13,5 et 2,5 Ma. Les taux et les périodes d'exhumation obtenus pour huit zones des Alpes Occidentales présentent de fortes similarités avec la dénudation moyenne de l'orogène estimée à partir du volume de sédiments péri-alpins. Les taux d'exhumation ont plus que doublé depuis la fin du Miocène, et peuvent avoir été modulés localement par les caractéristiques des différentes unités tectoniques. J'ai ensuite recherché des corrélations entre les valeurs de taux d'exhumation à long terme, dérivées des données d'âge par traces de fission, et les paramètres de contrôle potentiels. Dans les Alpes Occidentales, les taux d'exhumation à long terme sont fortement corrélés avec les taux d'uplift rocheux présents, suggérant que les valeurs d'uplift actuelles ont peu changé récemment. J'ai aussi observé que la distribution de l'énergie sismique libérée n'est pas corrélée avec l'uplift rocheux ou l'exhumation, ce qui suggère que l'exhumation est contrôlée par rebond isostatique plutôt que par un uplift tectonique actif. L'absence de corrélation entre les taux d'exhumation et la distribution des précipitations actuelles suggère qu'elles ne sont pas représentatives d'une tendance à long terme, ou bien que des facteurs autres que le taux de précipitations contrôlent l'intensité de l'exhumation. Dans le but d'étudier davantage en détail l'histoire de l'exhumation, j'ai réalisé un échantillonnage le long de deux profils altitudinaux dans le centre du massif de l'Aar (Suisse) et à l'ouest des Alpes Lepontines (Italie). Les âges AFT et AHe obtenus se caractérisent par des pentes très élevées de la relation âge-élévation aux alentours de 8 et 4 Ma. J'ai utilisé le modèle Pecube pour prédire des âges AFT et AHe selon plusieurs dizaines de scénarios d'exhumation, et j'ai comparé les âges mesurés et prédits. Les résultats des modèles numériques ne permettent pas de rejetter l'hypothèse de deux phases de forte exhumation à 9-7 et 5-3 Ma dans le massif de l'Aar. Cependant, ce signal n'est pas détecté dans les Alpes Lepontines, et sous-réserve de l'apport d'une modélisation flexurale additionnelle, la quantité d'exhumation dans le massif de l'Aar depuis 5 Ma ne permet pas d'expliquer l'exhumation du bassin molassique suisse par rebond flexural isostatique. Au contraire, ces résultats sont de nature à conforter l'existence d'un mécanisme d'uplift rocheux additionnel tel que le détachement de manteau lithosphérique épaissi.