La structuration de la Zone Axiale des Pyrénées Orientales est le résultat d'une évolution thermique et tectonique complexe depuis plus de 300 Ma, synthétisée dans le premier chapitre de ce mémoire. Dans le but de mieux appréhender cette évolution à l'échelle des différents massifs de cette Zone Axiale, une approche thermochronologique multi-méthodes (U-Pb, 40Ar/39Ar, traces de fission et (U-Th)/He) a été mise en œuvre afin de dater et quantifier les processus thermiques et mécaniques qui participent à leur exhumation (Second chapitre). L'activité essentiellement alpine de la faille de la Têt fait l'objet du troisième chapitre, par la reconstitution de l'histoire thermique des massifs du Canigou et de Mont-louis, respectivement au mur et au toit de la faille. Un réchauffement généralisé du socle gneissique du Canigou au Crétacé moyen-supérieur, une exhumation du massif de Mont-Louis synchrone des chevauchements pyrénéens éocènes et une surrection importante du Canigou lors de la phase extensive oligo-miocène sont les principaux résultats obtenus. Le quatrième chapitre fait état des données thermochronologiques obtenues sur les massifs de Saint-Laurent et des Albères qui attestent également d'une exhumation différentielle au cours du cycle alpin. La datation 40Ar/39Ar par sonde laser des mylonites jalonnant les zones de failles globalement E-W à NW-SE qui parcourent l'ensemble de la chaîne pyrénéenne fait l'objet du cinquième chapitre. Une importante phase de recristallisation statique d'âge crétacé moyen à supérieur se localise sur ces zones mylonitiques probablement en partie héritées de l'histoire hercynienne de la Zone Axiale. Une déformation ductile globalement chevauchante vers le Sud et relativement froide (< 400°C), que nous relions à l'événement compressif pyrénéen s.s., a été datée à 58 Ma sur l'accident de Mérens et à 38 Ma sur celui du Boulou-Le Perthus, ce qui témoigne de la pérennité du régime compressif. Pour conclure, l'ensemble des données a été replacé dans un cadre général d'évolution de la chaîne des Pyrénées. L'utilisation de plusieurs thermochronomètres pour l'établissement des chemins température-temps nous a permis de mieux tester la validité des âges obtenus et de discuter les causes possibles des quelques incohérences observées dans l'enregistrement des principaux événements thermo-tectoniques.

The modern foreland basin straddling the eastern margin of the Andean orogen is the prime example of a retro-arc foreland basin system adjacent to a subduction orogen. While widely studied in the central and southern Andes, the spatial and temporal evolution of the Cenozoic foreland basin system in the northern Andes has received considerably less attention. This is in part due to the complex geodynamic boundary conditions, such as the oblique subduction and accretion of the Caribbean plates to the already complex interaction between the Nazca and the South American plates. In the Colombian Andes, for example, a foreland basin system has been forming since ~80 Ma over an area previously affected by rift tectonics during the Mesozoic. This setting of Cenozoic contractile deformation superposed on continental crust pre-strained by extensional processes thus represents a natural, yet poorly studied experimental set-up, where the role of tectonic inheritance on the development of foreland basin systems can be evaluated. However, a detailed documentation of the early foreland basin evolution in this part of the Andes has thus far only been accomplished in the more internal sectors of the orogen. In this study, I integrate new structural, sedimentological and biostratigraphic data with low-temperature thermochronology from the eastern sector of the Colombian Andes, in order to provide the first comprehensive account of mountain building and related foreland basin sedimentation in this part of the orogen, and to assess as to what extent pre-existent basement anisotropies have conditioned the locus of foreland deformation in space and time. In the Medina Basin, along the eastern flank of the Eastern Cordillera, I integrated detailed structural mapping and new sedimentological data with a new chronostratigraphic framework based on detailed palynology that links an eastward-thinning early Oligocene to early Miocene syntectonic wedge containing rapid facies changes with an episode of fast tectonic subsidence starting at ~30 Ma. This record represents the first evidence of topographic loading generated by slip along the principal basement-bounding thrusts in the Eastern Cordillera to the west of the basin and thus constrains the onset of mountain building in this area. A comprehensive assessment of exhumation patterns based on zircon fission-track (ZFT), apatite fission-track (AFT) analysis and thermal modelling reveals the location of these thrust loads to have been located along the contractionally reactivated Soapaga Fault in the axial sector of the Eastern Cordillera. Farther to the east, AFT and ZFT data also document the onset of thrust-induced exhumation associated with contractional reactivation of the main range-bounding Servita Fault at ~20 Ma. Associated with this episode of orogenic growth, peak burial temperature estimates based on vitrinite reflectance data in the Cenozoic sedimentary record of the adjacent Medina Basin documents earlier incorporation of the western sector of the basin into the advancing fold and thrust belt. I combined these new thermochronological data with published AFT analyses and known chronologic indicators of brittle deformation in order to evaluate the patterns of orogenic-front migration in the Andes of central Colombia. This spatiotemporal analysis of deformation reveals an episodic pattern of eastward migration of the orogenic front at an average rate of 2.5-2.7 mm/yr during the Late Cretaceous-Cenozoic. I identified three major stages of orogen propagation. First, following initiation of mountain building in the Central Cordillera during the Late Cretaceous, the orogenic front propagate eastward at slow rates (0.5-3.1 mm/yr) until early Eocene times. Such slow orogenic advance would have resulted from limited accretionary flux related to slow and oblique (SW-NE-oriented) convergence of the Farallon and South American plates during that time. A second stage of rapid orogenic advance (4.0-18.0 mm/yr) during the middle-late Eocene, and locally of at least 100 mm/yr in the middle Eocene, resulted from initial tectonic inversion of the Eastern Cordillera. I correlate this episode of rapid orogen-front migration with an increase in the accretionary flux triggered by acceleration in convergence and a rotation of the convergence vector to a more orogen-perpendicular direction. Finally, stagnation of the Miocene deformation front along former rift-bounding reactivated faults in the eastern flank of the Eastern Cordillera led to a decrease in the rates of orogenic advance. Post-late Miocene-Pliocene thrusting along the actively deforming front of the Eastern Cordillera at this latitude suggests averaged Miocene-Holocene orogen propagation rates of 1.2-2.1 mm/yr. In addition, ZFT data suggest that exhumation along the eastern flank of the orogen occurred at moderate rates of ~0.3 mm/yr during the Miocene, prior to an acceleration of exhumation since the Pliocene, as suggested by recently published AFT data. In order to evaluate the relations between thrust loading and sedimentary facies evolution in the foreland, I analyzed gravel progradation in the foreland basin system. In particular, I compared one-dimensional Eocene to Pliocene sediment accumulation rates in the Medina basin with a three-dimensional sedimentary budget based on the interpretation of ~1800 km of industry-style seismic reflection profiles and borehole data tied to the new chronostratigraphic framework. The sedimentological data from the Medina Basin reveal rapid accumulation of fluvial and lacustrine sediments at rates of up to ~ 0.5 mm/yr during the Miocene. Provenance data based on gravel petrography and paleocurrents reveal that these Miocene fluvial systems were sourced by Upper Cretaceous and Paleocene sedimentary units exposed to the west, in the Eastern Cordillera. Peak sediment-accumulation rates in the upper Carbonera Formation and the Guayabo Group occur during episodes of gravel progradation in the proximal foredeep in the Early and Late Miocene. I interpreted this positive correlation between sediment accumulation and gravel deposition as the direct consequence of thrust activity in the Servita-Lengupá Fault. This contrasts with current models relating gravel progradation to episodes of tectonic quiescence in more distal portions of foreland basin systems and calls for a re-evaluation of tectonic history interpretations inferred from sedimentary units in other mountain belts. In summary, my results document a late Eocene-early Miocene eastward advance of the topographic loads associated with the leading edge of deformation in the northern Andes of Colombia. Crustal thickening of the Eastern Cordillera associated with initiation of thrusting along the Servitá Fault illustrates that this sector of the Andean orogen acquired ~90% of its present width already by the early Miocene (~20 Ma). My data thus demonstrate that inherited crustal anisotropies, such as the former rift-bounding faults of the Eastern Cordillera, favour a non-systematic progression of foreland basin deformation through time by preferentially concentrating accommodation of slip and thrust-loading. These new chronology of exhumation and deformation associated with specific structures in the Colombian Andes also constitutes an important advance towards the understanding of models for hydrocarbon maturation, migration and trap formation along the prolific petroleum province of the Llanos Basin in the modern foredeep area. / Das Vorlandbecken, das sich an der östlichen Flanke der Anden erstreckt, ist ein prototypisches Beispiel für ein Retro-Arc-Vorlandbecken eines Subduktionszonenorogens. Im Gegensatz zu den südlichen und zentralen Anden, wurde die zeitliche und räumliche Entwicklung dieses känozoischen Systems im nördlichen Teil des Orogens weit weniger untersucht. Dies liegt unter anderem an den komplexen geodynamischen Randbedingungen, wie der schrägen Subduktion und Anlagerung der karibischen Plattengrenzen an die südamerikanische und Nazca-Platte, deren Interaktion ebenfalls komplex ist und durch unterschiedliche Konvergenzrichtungen und –geschwindigkeiten gekennzeichnet ist. Aufgrund dieser Verhältnisse hat auch die Oberplatte eine sehr differenzierte tektonische Entwicklung erfahrens. In den kolumbianischen Anden hat sich zum Beispiel seit ca. 80 Milllionen Jahren ein Vorlandbeckensystem in einem Gebiet gebildet, das während des Mesozoikums durch Rifttektonik geprägt war. Dieses Gebiet, in dem kompressive Deformation die Strukturen vorheriger extensionaler Prozesse z.T. reaktiviert und überlagert, ist daher ein natürliches, wenn auch bisher wenig erforschtes Naturlabor, um zu untersuchen, wie sich tektonische bedingte Anisotropien auf die Entwicklung von Vorlandbeckensystemen auswirken können und Änderungen in den Ablagerungsräumen und in der Faziesverteilung von Sedimenten hervorrufen. In dieser Arbeit präsentiere ich neue strukturelle, sedimentologische und biostratigraphische Daten zusammen mit neuen Informationen zur Exhumationsgeschichte mit Hilfe von Niedrigtemperatur-Thermochronologie aus dem östlichen Teil der kolumbianischen Anden, um zum ersten Mal eine vollständige Darstellung der Gebirgsbildung und zugehöriger Vorlandbeckensedimentation in diesem Teil der Anden zu liefern. Zusätzlich wird untersucht, zu welchem Ausmaß bereits existierende krustale Anisotropien den Ort der Vorlanddeformation in Raum und Zeit bestimmt haben. Im Medina Becken, an der östlichen Flanke der östlichen Kordillere, habe ich detaillierte strukturelle Kartierungen und neue sedimentologische Daten mit einem neuen chronostratigraphischen Rahmen, der auf detaillierter Palynologie basiert, verknüpft. Dieser Bezugsrahmen verbindet einen nach Osten hin ausdünnenden, syntektonischen früholigozänen bis frühmiozänen Keil, welcher rasche Faziesänderungen enthält, mit einer Phase schneller tektonischer Subsidenz, die vor ca. 30 Millionen Jahren beginnt. Dieser hier erarbeitete Datensatz stellt den ersten Beweis einer tektonisch bedingten Subsidenz dar, die durch Bewegungen entlang der Haupüberschiebungen an der Westgrenze des Vorlandes stattfanden. Dadurch wird das Einsetzen der Gebirgsbildung in diesem Gebiet zeitlich eingegrenzt. Eine umfassende Auswertung von Exhumationsmustern, die auf Zirkon- (ZFT) und Apatit-Spaltspuraltern (AFT) sowie thermischen Modellierungen beruhen, zeigt, daß diese Überschiebungsbahnen und die bedeutende Aufschiebungstätigkeit und tektonische Auflast entlang der reakivierten, vormals extensionalen Servita-Störung, im zentralen Bereich der östlichen Kordillere liegen. Weiter östlich dokumentieren AFT und ZFT Daten den Einsatz einer durch Überschiebungen hervorgerufenen Exhumation, die mit einer kompressiven Reaktivierung der großen Servita-Störung vor ca. 20 Millionen Jahren zusammenhängt. Vitrinitreflexionsdaten aus dem känozoischen Sedimentationsdatensatz des benachbarten Medina Beckens zeigen eine bedeutende Absenkung in dieser Region, bei der der westliche Sektor des Beckens schon im Anfangsstadium der orogenen Entwicklung in den nach Osten wandernden Falten- und Überschiebungsgürtel einbezogen wurde. Ich verbinde diese neuen thermochronologischen Daten mit veröffentlichten AFT Analysen und bekannten chronologischen Indikatoren für Spröddeformation, um die räumlich-zeitlichen Muster in der Entwicklung der Gebirgsfront in den Anden Zentralkolumbiens zu charakterisieren. Diese Analyse der Deformation zeigt ein episodisches Muster in der östlich gerichteten Migration der Gebirgsfront, mit einer durchschnittlichen Rate von 1.8-3.4 mm/a am Übergang von der späten Kreide zum frühen Känozoikum. Ich habe dabei drei Hauptabschnitte des lateralen Orogenwachstums identifiziert. Zuerst wandert die Gebirsfront, nach dem Beginn der Gebirgsbildung in den Zentralkordilleren während der späten Kreidezeit, ostwärts mit niedrigen Raten (0.3-3.3 mm/a) bis ins frühe Eozän. Ein solches langsames laterales Wachstum des Orogens resultiert aus Akkretionsprozessen im Zuge einer langsamen und schrägen (SW-NO orientiert) Konvergenz der Farallon- mit der südamerikanischen Platte. Eine zweite Phase schnellen Fortschreitens der Gebirgsfront mit Raten von 5.3-13.3 mm/a, lokal sogar bis zu 100 mm/a, fand während des mittleren/späten Eozäns statt und resultierte aus einer beginnenden tektonischen Inversion der östlichen Kordillere. Ich verbinde diese Phase rascher Gebirgsfrontmigration mit einem erhöhten Akkretionsfluß, der durch eine Beschleunigung der Konvergenz sowie einer Rotation des Konvergenzvektors in eine mehr rechtwinklige Richtung ausgelöst wurde. Letztlich führte eine Stagnation der Deformationsfront im Miozän entlang von ehemals riftbegrenzenden, reaktivierten Störungen an der östlichen Flanke der östlichen Kordillere zu einer Abschwächung der Raten der Gebirgsfrontmigration. Aus Überschiebungen des späten Miozän/Pliozän entlang der aktiv deformierten Front der östlichen Kordillere kann man auf durchschnittliche Bewegungsraten der Gebirgsfront von etwa 1.5-2.1 mm/a im Zeitraum Miozän bis Holozän schließen. Außerdem deuten ZFT Daten darauf hin, daß Exhumation entlang der östlichen Flanke des Orogens mit mittleren Raten von ungefähr 0.3 mm/a während des Miozäns stattfand. Im Pliozän erfolgte daraufhin eine Beschleunigung der Exhumation, wie kürzlich veröffentlichte AFT Daten nahelegen. Um die Beziehung zwischen tektonischer Auflast aufgrund der Verkürzung im Orogen und Evolution der sedimentären Fazies im Vorland zu untersuchen, habe ich die Progradation von Konglomeraten im Vorlandbeckensystem detailliert analysiert. Insbesondere habe ich eindimensionale Raten von Sedimentakkumulation vom Eozän bis zum Pliozän im Medina Becken mit einem dreidimensionalen Sedimenthaushalt verglichen. Dieser wurde aus der Interpretationen mit einer Gesamtlänge von ~2500 km seismischer Reflexionsprofile sowie Bohrlochdaten, verbunden mit dem neuen chronostratigraphischen Bezugssystem der sedimentären Ablagerungen, gewonnen. Die sedimentologischen Daten aus dem Medina Becken zeugen von rascher Akkumulation von fluviatiler und lakustriner Sedimente mit Raten von bis zu 0.5 mm/a während des Miozäns. Provenienzanalysen mittels Konglomerat-Petrographie und Paläoströmungsmessungen belegen, daß diese miozänen fluviatilen Systeme des Miozäns durch die Erosion sedimentärer Einheiten aus der oberen Kreide und dem Paläozän generiert wurden, die im Westen der östlichen Kordillere aufgeschlossen sind. Die höchsten Sedimentationsraten in der oberen Carbonera Formation und der Guayabo Gruppe finden sich während Episoden von Konglomeratprogradation der proximalen Vortiefe im frühen und späten Miozän. Ich interpretiere diese positive Korrelation zwischen Sedimentakkumulation und Konglomeratablagerung als direkte Konsequenz von Überschiebungstektonik an der Servita-Lengupá-Störung. Diese Interpretation ist allerdings im Gegensatz zu gängigen Sedimentationsmodellen Modellen, die eher eine tektonische Ruhephase mit der Progradation grober Schüttungen in den distalen Bereichen der Vorlandbecken in Verbindung bringen. Dies bedeutet, daß Interpretationen der aus Faziesverteilungen gewonnenen tektonischen Entwiklungsschritte eines Orogens auch in andeen Regionen neu bewertet werden müssen. Zusammengefaßt dokumentieren meine Ergebnisse, daß die Überschiebungsfront sowie die durch Einengung generierte Topographie und Auflast der Überschiebungsblöcke in den nördlichen kolumbianischen Anden während des späten Miozäns bis zum frühen Miozän ostwärts gewandert ist. Einengung und Krustenverdickung der östlichen Kordillere, verbunden mit beginnender Aktivität entlang der Servitá Störung, deutet an, daß dieser Bereich der Anden schon nahezu 90% seiner derzeitigen Breite bereits im Miozän (20 Ma) erreicht hattte. Die hier vorgestellten Daten zeigen also, daß ererbte krustale Anisotropien ein diachrones Voranschreiten der Vorlandbeckendeformation begünstigen. Dies geschieht durch Konzentration der Bewegungsverteilung an ererbten Störungen sowie lokalen Spannungsänderung im Vorland durch tektonische induzierte Auflasten. Diese neue Charakterisierung der Deformationsabfolge im Vorland der Anden bedeutet auch einen großen Schritt vorwärts in Richtung des Verstehens von Modellen, die das Reifen und die Wanderung von Kohlenwasserstoffen sowie die Entstehung von Ölfallen entlang der produktiven Petroleumprovinz im Llanos Becken der rezenten Vortiefe beschreiben.

La topographie de l'Afrique du Nord est marquée en domaine intraplaque par des bombements topographiques importants, associés à du magmatisme cénozoïque. Le Bouclier Touareg, un de ces bombements, est constitué d'un socle précambrien structuré à l'orogénèse panafricaine et culminant à plus de 2400 m d'altitude. Les séries paléozoïques affleurent actuellement sous forme de cuestas autour de ce bombement topographique. Localement, des témoins sédimentaires d'âge présumé crétacé, en discordance sur le socle précambrien, traduisent l'affleurement de celui-ci au Mésozoïque. Le volcanisme cénozoïque, qui se met également en place sur le socle, est actif entre 35 Ma et aujourd'hui. Afin de mieux contraindre l'évolution du Bouclier Touareg durant le Phanérozoïque, nous avons mené deux études : des travaux de modélisation géophysique, et une étude de thermochronologie basse température. L'étude géophysique a consisté en la modélisation de quatre profils longue distance permettant d'imager la structure lithosphérique. Nous avons montré que le bombement du Hoggar est actuellement soutenu par un important amincissement lithosphérique. En outre, nous avons estimé que sans cet amincissement, la topographie serait négative : le bassin ainsi reconstitué avant amincissement de la lithosphère aurait permis le dépôt d'une couverture sédimentaire d'épaisseur plurikilométrique. L'étude de thermochronologie basse température s'est portée sur deux méthodes : les analyses de traces de fission sur apatite, et les analyses (U-Th)/He sur apatite. Les analyses (U-Th)/He ont montré que le socle du Bouclier Touareg, avant d'avoir subi une importante exhumation à l'Eocène Supérieur, étant enseveli sous une couverture sédimentaire et chauffé à approximativement ~80°C. Les analyses de traces de fission ont permis de préciser que cette phase de chauffe, probablement sous couverture sédimentaire, du Bouclier Touareg a eu lieu entre 100 et 50 Ma. Ainsi, le bombement du Hoggar constituait probablement un bassin sédimentaire de grande dimension au cours du Crétacé supérieur/Paléocène. Ces résultats nous ont permis de discuter des mécanismes géodynamiques possiblement actifs durant le Cénozoïque. Nous proposons que le bombement actuel du Bouclier Touareg, ainsi que son magmatisme, soient liés à des perturbations thermiques des parties superficielles de l'asthénosphère. Ces perturbations seraient induites par d'importantes variations d'épaisseur de la lithosphère saharienne, et pourraient expliquer la présence d'autres bombements en Afrique du Nord.

Le but de cette thèse est l'utilisation d'une approche multidisciplinaire qui combine des techniques d'analyse pétrologique, de la géochimie et de la thermochronologie afin de reconstituer l'évolution des Alpes occidentales pendant l'Oligocène et le Miocène et d'en déduire les implications géodynamiques. Ces techniques permettent à la fois d'identifier le bassin de drainage des sédiments et les taux d'exhumation dans ce bassin de drainage. L'enregistrement de cette évolution est préservé dans les bassins d'avant pays de chaque côté des Alpes occidentales en France et en Italie. Les techniques d'analyse pétrologique utilisées ici sont l'observation macroscopique, l'observation en lames minces, l'analyse par spectromètre Raman et l'étude de minéraux lourds. De nombreuses études ont été réalisées afin d'analyser les minéraux lourds des bassins alpins. Celles-ci permettent de déterminer la provenance des minéraux. Lors de ce projet, nous avons réalisé des analyses Raman sur des serpentinites permettant de distinguer les différents types de serpentinites. Or les Alpes internes montrent une gradation du métamorphisme croissant vers l'est, qui implique une variation des types de serpentinites vers l'est (association lizardites et antigorites dans les zones de basse température, antigorites exclusivement dans les zones de haute température). L'analyse de l'arrivée des différents types de serpentinites de part et d'autre de la chaîne permet de définir la position des réseaux de drainage dans les Alpes internes et de positionner la ligne de partage des eaux. La géochimie sur les basaltes détritiques permet d'analyser le type de basaltes et donc d'identifier leurs sources. Des basaltes non métamorphiques ont été identifiés en quantité importante dans les bassins d'avant-pays côté français démontrant la répartition importante de matériels océaniques obduits sur les Alpes internes à l'Oligocène. Les âges de thermochronologie détritique comparés à l'âge de dépôt permettent de déterminer le lag-time et donc le taux d'exhumation maximum de la zone érodée. En effet, la modélisation des isothermes permet de déterminer un taux d'exhumation à partir du lag-time. L'analyse des taux d'exhumation le long de la colonne stratigraphique à Barrême montre un pulse d'exhumation à partir d'une période très brève dans le temps : 30±1 Ma à des taux d'exhumation compris entre 1,5 à 2 km/Ma, qui correspond à la mise en place des Alpes internes. Ces taux d'exhumation correspondent à des taux d'exhumation importants mais inférieurs à ce que l'on peut trouver dans l'Himalaya actuellement. Ils sont toutefois comparables à l'activité d'exhumation dans des montagnes jeunes. De récents travaux de modélisation montrent que le retrait de slab peut être consécutif à une rupture de slab profond. Notre équipe propose que dans les Alpes occidentales, la rupture et le retrait de slab a permis la mise en place du corps d'Ivrea comme un poinçon au dessus du slab. / The aim of this dissertation was to use a multidisciplinary approach, combining petrologic, geochemical and geo-thermochronologic analyses, to reconstruct the topographic and exhumational evolution of the Western Alps during Oligocene and Early Miocene times, in relation to regional geodynamic events. Because the sedimentary record of this evolution is preserved in the foreland basins on the both sides of the Western Alps in France and Italy, this approach allows identifying sediment provenance and exhumation rates in the drainage areas. Petrological analyses used here were macroscopic observations in the field (pebbles counts), thin section analyses, and Raman spectrometry on detrital serpentinite pebbles and serpentine sand grains. The different serpentine species (antigorite, lizardite etc.), can be traced back to specific source lithologies because the metamorphic grade of the rocks exposed in the Western Alps increases eastward, with antigorite (HT serpentine) bearing rocks in the eastern piedmont complex and mixed lizardite-antigorite (LT serpentine) in the western piedmont complex. Analysis of serpentine species in the foreland basin deposits on both sides of the Alps allows determining changes in the paleo-Durance and paleo-Dora Riparia drainage areas and the position of the drainage divide, which have not changed since the Early Miocene. Major and trace element analyses of non-metamorphic basalt pebbles from the Barrême basin hint at the Chenaillet (or equivalent) obducted ophiolite in the internal Western Alps as the most likely source. Fission-track (FT) analysis of detrital apatite and zircon were used to determine maximum and average exhumation rates during the Oligocene. A pulse of fast erosional exhumation at about 30±1 Ma had rates on the order of 1.5-2 km/Myr, while average rates were about 0.2-0.3 km/Myr. FT and U/Pb double dating of single zircons show that the signal of fast exhumation is not an artifact caused by volcanic contamination at around 30 Ma. The rapid creation of high relief and associated exhumation rates are related to isostatic surface uplift after slab break-off beneath the Western Alps at 35-30 Ma, followed by slab retreat which allowed emplacement of the Ivrea body vertical indenter that supports the high topography in the internal Western Alps.

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

La chaîne du Rif (Nord du Maroc) constitue, avec les Cordillères des Bétiques (Sud de l’Espagne), la terminaison occidentale de la ceinture alpine. C’est un secteur clé pour la compréhension des mouvements verticaux associés aux processus orogéniques. Jusqu’à présent, aucune étude n’a permis de contraindre les mouvements verticaux postérieurs au Miocène inférieur, malgré la présence de dépôts marins pliocènes surélevés. L’objectif de ce travail est d’apporter des arguments permettant de discuter des mécanismes géochronologiques et cinématiques impliqués dans les mouvements verticaux de la marge du Rif depuis le Néogène. Une comparaison des déplacements identifiés dans les zones internes, a pu être effectuée, avec ceux estimés dans le domaine des flyschs (Sud de l’accident de Jebha), grâce aux données AHe. Les corrélations entre mouvements verticaux et évolution du champ de déformation mettent en évidence le lien existant entre les périodes de mouvements verticaux majeurs et les phases d’extension radiale. 1-Les derniers stades d’exhumation des unités métamorphiques, depuis près de 12-10 km de profondeur, résultent d’un stade d’extension radiale affectant ces formations. Le domaine de collapse s’étend depuis le faciès Schiste Vert jusqu’au domaine fragile durant l’Aquitano-Burdigalien. Les mouvements extensifs sont limités aux parties superficielles de l’orogène tandis que les parties plus profondes et situées en avant-chaîne sont en compression. 2-Une période de surrection lente associée à de l’extension radiale, affecte l’intégralité des zones internes, au moins depuis le Pliocène inférieur. La zone des flyschs se surélève à plus grande vitesse. / The Rif chain (Northern Morocco) belongs, with the Betic Cordillera (Southern Spain), to the westernmost part of the Alpine belt. This sector is one of the main targets for the comprehension of vertical movements linked to orogenic processes. Despite the numerous investigations lead on the Pliocene uplifted deposits in the Rif Chain, the timing and amplitude of the vertical motions subsequent to the period of cooling have never been constrained. This work aims to discuss the geodynamical processes involved in the vertical motion of the Rif margin since the Neogene. A comparison between the vertical movements determined in the internal zones and estimated in the flyschs domain (South of Jebha fault), has been realized on the basis of AHe data. Correlations reported between the vertical movements and the evolution of the stress field highlighted the linkage between the main stages of vertical motion and extension period with a radial pattern. 1-The latest exhumation stages of the deep-seated metamorphic rocks, from 12-10 km of depth, were triggered by the radial extension of these units. The collapse extended from the low grade metamorphism (Greenschists facies) to the brittle strata during the Aquitano-Burdigalian times. This extension is expressed in the superficial units, whereas deepest parts and sectors at the front of the Rif chain underwent a compression. 2-A second uplift stage proceeds at a very slow raising pace and is associated to radial extension in throughout the internal zones since the Lower Pliocene. Le flyschs sector was uplifted faster since the Late Miocene.

Mon travail dans la chaîne du Zagros (Iran) a été double. D'une part, d'après des évidences de terrain dans la "Crush Zone" de Kermanshah, j'ai pu décrire des "Carbonates allochtones" (pré-rift) "Crétacé-moyens" et des sédiments pélagiques liasiques (syn-à post-rift), tous deux exposés sur du manteau serpentinisé. Ceci nous a conduit à proposer l'existence de manteau exhumé le long de failles de détachement dans ce domaine, au moins pendant la phase tardive de rifting, et très probablement un renouvellement de ce processus plusieurs fois au cours de l'histoire de la Téthys. Ceci induit une nouvelle compréhension de la géométrie initiale de la paléo-marge Arabe et des relations structuralles actuelles dans ce domaine. Dans ce schéma, la plate-forme Bisotoun était initialement situé entre le bassin sub-océanique sur manteau exhumé d'Harsin (au sud-ouest) et la Néo-Téthys (au nord-est). D'autre part, j'ai modélisé l'évolution cinématique conduisant à la formation de la ZFTB, à partir de la quantification des mouvements verticaux basée sur la thermochronologie détritiques basse température [AFTA et (U-Th) / He sur apatite et de zircon] et la construction de coupes équilibrées. La construction de deux principaux transects régionaux à l'échelle crustale dans le Lurestan et le Zagros Central, basé sur une description détaillée du style structural, a notamment permis de souligner l'absence probable du décollement basal régional "Hormuz" sous le Lurestan, la présence d'un duplex sédimentaires sous la structure du Mongasht dans le Zagros central et l'existence probable de grabens crustaux inversés à l'avant de la chaîne. La combinaison d'un modèle cinématique forward basé sur des contraintes géométriques et des méthodes thermochronologiques a permis de proposer une propagation vers l'avant de l'exhumation au sein de la marge Arabe entre 14 et 2 Ma. Cette chronologie a finalement été étendu aux régions voisines du Fars et du Kurdistan irakien, sur la base de la modification de deux autres section, apportant ainsi un nouvel aperçu de l'évolution régionale du Zagros. / My work in the Zagros belt (Iran) has been twofold. On the one hand, based on field evidence cropping out in the Kermanshah Crush Zone, I described “Mid-Cretaceous” carbonate “extensional allochthons” (pre-rift) and Liassic pelagic sediments (syn- to post-rift), both exposed above serpentinised mantle. This led us to propose the occurrence of mantle exhumation along detachment faults in this area, at least during the late stage of rifting, and most likely a renewal of this process several times during the history of the Tethys. This induced a new understanding of the initial geometry of the Arabian paleo-margin and of the current structural relationships in this area. In this view, the Bisotoun platform was initially located between the Harsin mantlefloored sub-oceanic-basin (to the south-west) and the Neo-Tethys (to the north-east). On the other hand, I modeled the kinematic evolution leading to the formation of the Zagros Fold-Thrust Belt (ZFTB), based on the quantification of the vertical movements with detrital low temperature thermochronology [AFT and (U-Th)/He on apatite and zircon] and section balancing. The construction of two main regional crustal-scale cross-sections in the Lurestan and the Central Zagros, based on a detailed description of the structural style, has notably permitted to emphasize the possible absence of the regional basal Hormuz décollement under the Lurestan, the presence of a sedimentary duplex under the Mongasht structure in the Central Zagros and the probable existence of inverted crustal grabens at the front of the belt. The combination of a geometric forward kinematic model and thermochronological methods has permitted to propose a forward propagation of the exhumation of the Arabian margin from 14 to 2 Ma. This chronology has finally been extended to the neighboring regions of the Fars and of the Iraqi Kurdistan, on the base of the modification of two other cross-sections, thus bringing a new regional overview of the Zagros evolution.

Le travail présenté ici a été effectué autour du postulat qu’il existe un lien étroit entre minéralisation métallifère et géodynamique. Ce dernier agit ainsi sur l’initiation et l’évolution de la minéralisation. La minéralisation de manganèse de Bouarfa à l’Est du Haut Atlas Orientale formait un bon candidat pour cette étude compte tenu de la forte sensibilité du Mn aux processus de remobilisation supergène et de la géodynamique de la chaîne atlasique qui est composée d’une histoire extensive mésozoïque et d’une histoire compressive cénozoïque. Les observations de terrains, pétrographiques et minéralogiques attestent de l’existence de plusieurs épisodes minéralisateurs à Bouarfa. De plus, les datations (U-Th)/He sur oxy-hydroxydes de fer suggèrent que les épisodes les plus tardifs se mettent en place lors de la diagenèse, au cours du Jurassique (inf ?)-moyen. D’un point de vue géodynamique, le Haut Atlas de Bouarfa se distingue de l’ensemble du Haut Atlas Oriental. En effet, le raccourcissement du à l’inversion atlasique y est très faible (≈ 3km sur le front Nord de Bouarfa) comparé aux reste de la chaine. Le domaine du Haut Atlas de Bouarfa, où aucun accident majeur méso-cénozoïque de socle n’est observable, se comporte comme un haut de socle entre le Haut Atlas et l’Atlas Saharien. L’histoire thermique du Haut Atlas de Bouarfa est analogue à celle du bloc de la meseta marocaine à l’ouest du Moyen Atlas. Nous proposons que la concentration de la déformation à Bouarfa est uniquement due à la mise en place d’un bassin jurassique étroit faiblement subsidents (maximum de remplissage sédimentaire de près de 2 km) contrôlé par des accidents normaux en relais se développant dans le prolongement terminal du bassin plus subsident de l’Atlas Saharien. Le bassin jurassique étroit de Bouarfa se trouve probablement fortement affecté par les cycles transgressif-régressif du Lias, entrainant ainsi des épisodes de fermeture et l’anoxie du bassin permettant l’accumulation du Mn dissous. Lors de la diagenèse précoce, le Mn précipite pour former la minéralisation primaire en Mn principalement composée de manganite et hausmannite voire pyrolusite. Concernant l’apport du Mn, les résultats géochimiques indiquent une origine felsique. Ceci peut s’expliquer par l’existence d’une hypothétique source volcanogénique éloignée du bassin expliquant ainsi l’enrichissement préférentiel en Mn par rapport au Fe, et/ou par l’altération des roches détritiques encaissantes. La localisation d’accidents à Bouarfa permet, durant l’histoire subsidente jurassique, la circulation diagénétique de fluides responsables de la mise en place de la remobilisation de la minéralisation primaire et de la précipitation de la minéralisation secondaire ainsi que la mise en place de dolomitisation s.l. tardive qui elle-même présente de fort enrichissement en Mn. L’absence de remobilisation en association avec les épisodes atlasiques à Bouarfa semble être une particularité par rapport aux autres minéralisations prises dans les séries sédimentaires mésozoïques du Haut Atlas. / The following work postulates that there is a tight link between the establishment of an ore deposit and the regional geodynamic. This one is a motor or modulates the evolution of the mineralization. The manganese ore deposit of Bouarfa, at the East of the Eastern High Atlas, was ideal to this study as the manganese is highly mobilized during supergen processes while the geodynamic of the atlasic system is composed of a mesozoïc extensive step followed by a cenozoïc compressive event. The field works, petrographic and mineralogical observations highlight several mineralization periods at Bouarfa. Moreover, (U-Th)/He dating upon iron oxi-hydroxides suggest that the last event takes place during (lower?)-middle Jurassic diagenesis. The geodynamic of the Bouarfa High Atlas distinguish itself from the Eastern High Atlas system. The shortening related to atlasic inversion is very lower (≈ 3 km through the northern front at Bouarfa) than in the rest the chain. The Bouarfa High Atlas, where no main meso-cenozoïc fault was described through the basement, is an elevated basement between the Eastern High Atlas and the Saharan Atlas. The time-temperature story of Bouarfa is similar to the one of Moroccan meseta, westward the Middle Atlas. We propose that the localization of deformation at Bouarfa is related to the existence of normal faults, in the extension of the Saharan Atlas, that control the low subsidence of a tight Jurassic basin. The tight Jurassic basin of Bouarfa might be influenced by the Liassic transgressive-regressive cycles, leading to closing and anoxic event in the basin improving the accumulation of dissolved Mn. During early diagenesis, Mn precipitate forming the primary Mn ore deposit mainly composed of manganite, hausmannite and pyrolusite. The source of the Mn supply has been identified geochemically being related to felsic rocks. This could be explained by a possible the spreading of a distant exhalative source which enhances the separation between Fe and Mn and/or by the leaching of the detrital host rocks. The localisation of faults in Bouarfa allowed the circulation of fluids during the Juarssic diagenetic story, causing the weathering of the primary mineralization and the precipitation of the second one, as the establishment of a later dolomitisation s.l. enriched in Mn. The lack of an atlasic remobilization of the ore deposit of Bouarfa is uncommun compared to the other sedimentary ore deposits in the High Atlas.

Une première partie de cette thèse est méthodologique: elle vise à améliorer la thermochronométrie (U-Th-Sm)/He sur apatite et les modèles de diffusion actuels. Nous avons étudié le cas du Massif Armoricain (France), et celui des Alpes Suisses. Nos travaux montrent que la rétentivité en hélium des apatites est plus élevée que prévu par les modèles traditionnellement utilisés. Une approche statistique comprenant des algorithmes d'apprentissage montre que la composition chimique des grains ne semble pas jouer sur la rétentivité des apatites en hélium. Le principal paramètre contrôlant la dispersion des âges hélium est l'état d'endommagement des cristaux. Nous proposons une approche de physique/minéralogie expérimentale pour le caractériser à l'échelle nanométrique. Dans la dernière partie de la thèse, nous avons appliqué la méthode (U-Th-Sm)/He sur apatite au cas de la marge algérienne. Nous mettons en évidence une phase majeure de dénudation dans la région des Petites Kabylies au cours du Tortonien. Cette phase marque probablement le début de l'inversion de la marge, bien plus précocement que suggéré jusqu'alors. / The first part of the thesis aims at improving the methodology and the models involved in apatite (U-Th-Sm)/He thermochronology. For this purpose, we studied two geological cases: the Armorican Massif (France) and the Swiss Alps. Our work suggests that apatite helium retentivity is higher than predicted in traditional models. A statistical approach using machine learning algorithms evidences that the apatite chemical composition of grains does not influence helium retentivity. The key parameter is the parent radionuclide and the crystal damage contents. We suggest an experimental procedure in order to characterize damage in apatite at the sub-micrometer scale. In the last part of the thesis, we applied the (U-Th-Sm)/He method to the Algerian Margin. We evidenced a major denudation phase in Petite Kabylie ("Lesser Kabylia") during the Tortonian times. This phase likely corresponds to the initiation of the margin inversion, earlier than previously suggested.

Le granite du Manaslu (Népal Central) permet d'étudier la mise en place d'un corps magmatique en contexte de collision et d'extension intracontinentale et les relations entre phénomènes thermiques, anatectiques et tectoniques qui affectent la Chaîne himalayenne entre 30 et 15 Ma. L'estimation des conditions pression-température dans l'auréole de contact suggère une profondeur de mise en place du granite, entre 18-21 km à la base et 9-13 km au toit, pour une température de 550 ± 50 °c. La présence d'un fluide hydraté, d'origine magmatique, percolant dans l'auréole au cours de l'emplacement du granite est attestée par l'étude isotopique de l'oxygène et de l'hydrogène. Une telle profondeur implique une épaisseur de la croûte continentale supérieure compatible avec l'existence d'une nappe d'âge tardi-Oligocène, au dessus des Séries Sédimentaires Téthysiennes. A partir de l'étude structurale, microstructurale et magnétique (ASM) de la déformation finie dans le granite et dans son encaissant, nous proposons un modèle de mise en place du granite contrôlé (i) par des décrochements dextres de direction Est Ouest et (ii) par l'accrétion de venues magmatiques successives, dans une zone de relais transtensive, avec expansion latérale vers l'Est et le Nord-Est. Les résultats thermochronologiques 40 Ar/39 Ar obtenus dans l'auréole de contact supérieure du massif sont comparés aux données géochronologiques existantes et permettent d'envisager une mise en place vers 25 Ma. Une période de refroidissement lente de 200/Ma entre 25 et 19 Ma est alors sui vie par une période de refroidissement rapide entre 19 et 16 Ma, probablement liée à une dénudation tectonique par faille normale au dessus du granite. Cette seconde période d'extension vers 18 ± 1 Ma, reconnue tout au long de la chaîne himalayenne est responsable de nouvelles venues magmatiques. Un nouveau modèle de fusion en condition anhydre (XH20<0.3), puis hydraté (XH20>0.7), des niveaux métapélitiques et métagrauwackeux du Cristallin du Haut-Himalaya est envisagé afin de rendre compte de l'évolution géochimiques des majeurs, des traces et des isotopes Rb/Sr du Manaslu. Les âges, les modalités de mise en place de l'ensemble des leucogranites himalayens et les conditions pression-température dans le Cristallin du Haut Himalaya suggèrent une activation de plus en plus tardive du MCT vers l'Est compatible avec la rotation anti-horaire de l'Inde et l'extrusion du Sud-Tibet, au cours de la collision Inde-Asie, depuis au moins 25 Ma.