Les orogènes collisionnels sont classiquement décrits comme le résultat de l'accrétion continentale de marges proximales. Cette accrétion conduit à la surrection des reliefs et à l'export important de produits d'érosion dans les bassins d'avant-pays qui les jalonnent. Dans ce schéma géodynamique sont alors uniquement considérés les domaines pré-orogéniques les moins déformés. Pourtant, un nombre croissant d'évidences géologiques de terrain indiquent la conservation voire la réutilisation de structures héritées de la phase extensive précédant la convergence et la collision au coeur des orogènes. À partir de l'étude géo-thermochronométrique de la bordure orientale du domaine hyper-étiré nord-pyrénéen (massif de l'Agly, Zone Nord Pyrénéenne) et de son avant-pays précoce (synclinal de Rennes-les-Bains, Bassin Aquitain), cette thèse a pour objectifs de décrire l'évolution d'une marge distale au cours des premiers stades de convergence, de quantifier les processus source-réceptacle associés et d'apporter des contraintes temporelles et paléogéographiques quant à la création des tout premiers reliefs pyrénéens issus de son inversion. Grâce à l'utilisation du multi-thermochronomètre (U-Th)/He sur zircon et apatite, deux épisodes de refroidissement sont mis en évidence dans le prisme nord-pyrénéen (Campano-Maastrichtien et Eocène), chacun d'eux synchrone d'une phase de subsidence dans le bassin d'avant-pays. J'ai ainsi pu proposer un modèle équilibré d'évolution d'une marge distale hyper-amincie par inversion de structures héritées, chevauchements de socle et sous-placage continental se matérialisant par une signature thermochronologique claire de refroidissement sans érosion au début de la convergence. L'absence d'enregistrement de refroidissement au Paléocène par l'arrêt prématuré de l'inversion précoce dans le prisme nord-pyrénéen indique l'absence significative d'érosion et la position bordière de ce prisme par rapport à un édifice déjà construit plus à l'est à cette époque. Pour caractériser cet édifice aujourd'hui disparu du fait de l'ouverture du Golfe du Lion, j'ai utilisé une approche détritique de double datation in situ (U-Th)/He - U/Pb sur zircon et mis en évidence une histoire de dénudation rapide pendant le Campano-Maastrichtien, caractéristique de la création d'une topographie précoce. Ce travail montre pour la première fois clairement la migration progressive de la déformation d'est en ouest par l'inversion de structures héritées au début de la convergence pyrénéenne, ce qui suggère l'existence d'un domaine ouvert à l'est à la fin de l'épisode extensif précédant la convergence. Cette étude met en avant le rôle de l'architecture des systèmes hyper-amincis dans la formation des orogènes collisionnels et confirme les liens étroits existant entre un orogène et ses bassins d'avant-pays. / Collisional orogens are classically described as the result of continental accretion of proximal margins. This accretion leads to the creation of relief and to the important export of erosion products in the directly adjacent foreland basins. In this geodynamic scheme, only the least deformed pre-orogenic domains are considered. However, a growing number of geological field evidences indicate the preservation or even the reuse of structures inherited from the rifting phase preceding convergence and collision within orogens. By conducting a geo-thermochronometric study of the easternmost, inverted hyperextended Aptian-Cenomanian rift system (Agly massif, North Pyrenean Zone) and the adjacent early retroforeland (Rennes-les-Bains syncline, Aquitaine Basin), this thesis aims to describe the evolution of a distal rifted margin during the first stages of convergence, to quantify the associated source-to-sink processes and to provide temporal and paleogeographic constraints regarding the creation of the very first Pyrenean reliefs resulting from inversion of the margin. Using the zircon and apatite (U-Th)/He multi-thermochronometers, I show that the Pyrenean retro-wedge records two clear phases of orogenic cooling, Late Campanian-Maastrichtian and Ypresian-Bartonian, which I relate to early inversion of the distal rifted margin and main collision, respectively. I have thus been able to propose a crustal-scale sequentially restored model for the tectonic and thermal transition from extension to peak orogenesis in the eastern Pyrenees, which suggests that both thrusting and underplating processes contributed to early inversion of the Aptian-Cenomanian rift system. The absence of Paleocene cooling record indicates little to no erosion of the Pyrenean retro-wedge, suggesting the existence of a more easterly source area supplying early retroforeland sediments at this time. To characterize this eastern edifice, which has since been destroyed by the Oligocene-Miocene opening of the Gulf of Lion, I used in situ (U-Th)/He - U/Pb double dating on detrital zircons and show rapid denudation rates during early convergence, characteristic of early topographic growth. This work shows for the first time clearly the progressive migration of deformation from east to west by inversion of inherited structures at the beginning of Pyrenean convergence. This suggests the existence of an open domain in the east at the end of the rifting phase preceding convergence. This study highlights the role of the architecture of hyper-thinned systems in the formation of collisional orogens and confirms the close links between an orogen and its foreland basins.

The Aegean is a classic setting for studying exhumation of high-pressure (HP) metamorphic rocks. Two end-member models are proposed to explain the uplift of these rocks: core-complex style extension along low-angle normal faults and extrusion-wedge uplift. Extrusion-wedge underplating is the mechanism that exhumed HP rocks on Evia whereas Tinos hosts several detachments varying in age from 30-9 Ma. Andros, situated between them, may be the geological manifestation of the interplay of these processes and provides an opportunity to test these models. Detachments on NW Tinos and on Andros and the enigmatic low-angle Makrotantalon Unit contact on Andros were insufficiently dated prior to this study. Geo- and thermochronometrycombined with structural observations from sampling transects in the transport direction from (1) lower plate Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos, (2) middle plate Makrotantalon Unit on Andros, and (3) hanging wall Upper Unit address these issues. Maximum depositional ages from detrital zircon U-Pb geochronometry and structures reveal Paleocene-Eocene syn-HP metamorphism thrusting resulted in an inversed-age relationship between the Permian Makrotantalon Unit and the underlying Triassic-Eocene Cycladic Blueschist Unit on Andros. The Makrotantalon Unit has an internal inversed stratigraphy whereas the Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos appear stratigraphically intact. Structures and zircon and apatite (U-Th)/He ages in transects from NW Tinos (~12-8 Ma) and central Andros Cycladic Blueschist Unit (~13-7 Ma) indicate rapid cooling due to exhumation associated with the Livada Detachment. Older cooling ages (~16-10 Ma) and structures in the Makrotantalon Unit indicate later brittle strain localization on the Makrotantalon Thrust contact is accommodated by rheologically weaker serpentinites and calc-schists, resulting in slivering of the footwall under the Livada Detachment on Andros. Estimated mean cooling slip rates of the Livada Detachment on Andros of ~3.8 (+1.2/-1.3) km/Myr and 2.1 (+0.2/-0.2) km/Myr on NW Tinos resulted in minimum vertical exhumations of 15 km and 4 km, respectively. The NCDS here accommodated ~12-25% of 60 km of HP-rock exhumation from ~30-7 Ma. We present a tectonic model to elucidate the evolution of the Makrotantalon Unit and the magnitude, temporal, and spatial variability of exhumation via detachments on these islands. / text

L'étude géomorphologique et la datation de séquences de terrasses marines, le long de la côte des Andes centrales, a permis de mettre en évidence une variabilité longitudinale et temporelle de la réponse de la plaque sud-américaine à la subduction de la plaque Nazca, au cours du Pléistocène. Les vitesses de soulèvement moyennes, déduites des âges 10Be, varient de 229 ± 40 (17,8°S) à 696 ± 53 mm/ka (15,33°S) le long de la côte. Des périodes de soulèvement rapide alternent avec des périodes de soulèvement plus lent au cours du Pléistocène. L'évolution morphologique de l'avant-arc est contrôlée par des processus tectoniques actifs liés à la zone de subduction. En-dessous d'une valeur seuil de 100-110 km de distance fosse-côte, les terrasses marines sont préservées et enregistrent les plus forts taux de soulèvement de la côte. Le soulèvement épisodique résulterait d'une variation de la surface de la zone sismogénique au cours du Pléistocène, en relation avec la variation de la distance fosse-côte.

La datation absolue des archives climatiques est essentielle pour comprendre les mécanismes du climat. Cette étude a porté sur la fraction fine (<63 μm) riche en aragonite (adaptée à la datation U/Th) et sur les tests de foraminifères planctoniques (>150 μm) d'une carotte de sédiments marins de la Mer des Caraïbes couvrant le dernier million d'années, en utilisant une approche minéralogique et des traceurs géochimiques. Les objectifs sont : 1) évaluer le<br />synchronisme entre le δ18O et les âges absolus de deux fractions de tailles différentes et 2) reconstruire les paléoenvironnements de la zone. La minéralogie de la fraction fine est contrôlée par les changements du niveau marin à l'échelle glaciaire-interglaciaire. Les décalages temporels entre le δ18O et le 14C des deux fractions durant la Terminaison I sont en partie expliqués par un modèle de bioturbation. Les essais de datation U/Th sur la fraction fine des Terminaisons II et V ont montré une contamination par du Th non-radiogénique, nécessitant des développements analytiques. Les reconstitutions des variations de δ18O de l'eau de mer suggèrent une diminution de la salinité de surface à la fin de la Transition Mid-Pléistocène, associée à la position de l'ITCZ au niveau de la Mer des Caraïbes.

La compréhension des processus orogéniques nécessite l'acquisition de données permettant de suivre les variations de pression (P), température (T) et déformation (D) au cours du temps (t). La construction de trajets P-T-D-t implique nécessairement une approche pluridisciplinaire, qui combine une analyse pétrologique et structurale à l'acquisition de données géochronologiques. Dans ce mémoire, une telle approche est appliquée à des granulites polymétamorphiques de Ultra-Hautes Températures de l'unité basique d'Andriamena (Centre-Nord Madagascar). Une attention particulière a été portée sur la corrélation entre les données pétrologiques et géochronologiques afin de discuter la signification des trajets P-T et des âges obtenus en contexte polymétamorphique. L'évolution thermomécanique de l'unité d'Andriamena est marquée par la superposition d'au moins quatre événements thermiques distincts: ~2.7 Ga, 2.52-2.54 Ga, 790-730 Ma et 530-500 Ma. Si la signification de l'événement Archéen à 2.7 Ga reste encore problématique, l'événement fini-Archéen à 2.5 Ga correspond sans ambiguïté au métamorphisme de UHT (~1050°C, 11.5 kbar). Le Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma) est marqué par la mise en place d'un important complexe basique-ultrabasique contemporain d'un épisode de fusion partielle et d'un métamorphisme granulitique (~850-900°C, 7 kbar). Cet événement thermique majeur, à l'échelle du Centre-Nord Madagascar, est interprété comme le témoin d'un contexte tectonique du type arc continental lié à la fermeture de l'océan Mozambique lors de la fragmentation du supercontinent Rodinia. Le dernier événement affectant l'unité d'Andriamena (530-500 Ma) est à l'origine du champ de déformation finie, qui résulte de la superposition de deux phases D1 et D2 synchrones d'un métamorphisme amphibolitique à granulitique de basse pression (650-700°C, 5-6 kbar). La déformation Cambrienne observée dans le Centre-Nord Madagascar est compatible avec un raccourcissement horizontal Est-Ouest qui résulterait de la convergence de cratons lors de la consolidation finale du Gondwana. Par leur caractère réfractaire, les Mg-granulites de UHT préservent de nombreuses textures minéralogiques permettant de retracer un trajet PT pétrographique complexe et apparemment continu. Néanmoins, les données géochronologiques obtenues par la méthode de datation in-situ sur monazite à la microsonde électronique montrent que le trajet pétrographique ne doit pas être considéré comme issu d'un seul et même événement thermique, mais plutôt comme un trajet discontinu résultant de la superposition de deux événements distincts à 2.5 Ga et 790-730 Ma. D'autre part, nous montrons qu'une partie du trajet pétrographique (décompression isotherme) correspond à un trajet apparent sans signification tectonique. Nous suggérons que cette décompression apparente résulte de l'équilibration des paragenèses réfractaires de UHT (2.5 Ga) à plus basses pressions, lors de l'événement Néoprotérozoïque moyen (790-730 Ma), sans que les conditions P-T des réactions minéralogiques observées n'aient été atteintes. La distinction qui existe entre trajet pétrographique et trajet P-T réel montre l'importance de déterminer l'âge absolu des différents assemblages et réactions métamorphiques, afin de dater différentes portions du trajet P-T. Cet objectif est atteint grâce aux méthodes de datations ponctuelles et in-situ qui permettent de dater des minéraux dans leur contexte textural et donc de corréler âge et assemblage métamorphique. Ainsi, nous avons développé une nouvelle méthode de datation in-situ U-Th-Pb sur monazite, qui utilise les méthodes chimiques (microsonde) et isotopiques conventionnelles (ID-TIMS). Par ces deux méthodes, on combine une haute résolution spatiale (~3µm - microsonde) à une haute précision analytique (ID-TIMS). La particularité de cette nouvelle approche est que la datation isotopique est réalisée sur des grains individuels extraits par micro-forage directement sur lame mince et qui ont été au préalable caractérisés à la microsonde électronique (imagerie, datation chimique...). La position texturale de chaque grain daté est ainsi retenue.

Le but de cette thèse est de caractériser les variations climatiques des derniers 200 ka à travers l'étude de quatre spéléothèmes du sud de la France, datés par U-Th. Nous nous sommes focalisés sur l'étude des stades isotopiques marins MIS 6, 5 et 3. Les principaux résultats obtenus sont les suivants : - mise en évidence d'oscillations milléniales au MIS6 entre 175 et 165 ka. L'enregistrement isotopique haute résolution (10 à 300 ans) de la base du plancher stalagmitique de la grotte de Villars indique pour la première fois dans la région ces oscillations climatiques rapides qui peuvent être mises en relation avec des figures similaires récemment mises à jour par les concrétions chinoises. - estimation de l'amplitude du réchauffement associée à l'avant-dernière déglaciation. La confrontation du δ18Oc de la calcite, du δ18O des inclusions fluides et du ∆47 de la calcite suggère que (1) si l'équilibre isotopique a été satisfait, le réchauffement associé à la Terminaison II serait de 20°C, (2) si on considère un effet cinétique alors le réchauffement corrigé de cet effet serait de 14°C. La constance de la composition de l'eau de l'infiltration pendant cette déglaciation s'explique par le jeu des différents facteurs influant sur ce paramètre. - amélioration de la chronologie et de la caractérisation dans le SW de la France des événements climatiques milléniaux de la dernière glaciation (MIS3). L'enregistrement de la stalagmite Vil14 daté par MC-ICP-MS constitue désormais la meilleure chronologie de cette période dans la grotte de Villars et permet d'attribuer un âge précis aux limites des interstades (13, 12 et fin du 14). La fin des interstades identifiés était manifestement associée à un refroidissement abrupt et à l'installation d'un permafrost de courte durée. La cessation de croissance définitive de cet échantillon simultanément aux deux autres confirme le durcissement du refroidissement du MIS3 vers 30ka. En multipliant ce type de données quantifiées et datées de façon absolue, on contribue à la meilleure compréhension des mécanismes climatiques.

Ce mémoire présente une étude pluridisciplinaire, structurale, pétrologique et géochronologique multiméthodes (Ar-Ar, traces de fission, (U-Th)/He et cosmogénique 10Be) permettant de contraindre les processus tectoniques (enfouissement, exhumation, faille active,...) depuis la croûte moyenne jusqu'en surface dans l'arc alpin Sud-Occidental. (i) L'étude thermo-barométrique et Ar-Ar des zones de cisaillement montre que le massif de l'Argentera-Mercantour et sa couverture attachée permienne ont subi une histoire tectono-métamorphique similaire avec un pic d'enfouissement à 15-18 km autour de 34 Ma en relation avec le sous-charriage sous les unités métamorphiques internes. L'exhumation du massif (0.8mm/an) s'effectue en deux temps témoignant d'une transition entre une tectonique transpressive puis transtensive durant le Miocène (26 à 4 Ma) en relation avec le poinçonnement N-S mantellique (Corps d'Ivrée) et les mouvements rotationnels de la plaque adriatique. (ii) La couverture sédimentaire est raccourcie et se deplace vers le Sud et ce durant tout le Miocène (23-8Ma). Ce déplacement est directement relié à la dynamique d'exhumation du massif cristallin externe de l'Argentera-Mercantour, la pente résultant du soulévement est favorable au découplage et au glissement de la couverture sédimentaire sus-jacente. De plus, le saut métamorphique entre le massif cristallin et la couverture sédimentaire ainsi que leur relation structurale conduit au concept de substitution de socle. (iii) Après 8 Ma, socle et couverture sont couplés comme l'indiquent des ages AFT identiques dans la couverture et le socle. La tectonique récente affectant à la fois la couverture et le massif de l'Argentera-Mercatour est caractérisée par un système principal décrochant N140°, et N-S extensif minoritaire, à l'origine de mouvements transtensifs dans la région de l'Embrunais-Ubaye. L'initiation de ce jeu normal à 4-5Ma est contrainte par les âges AHe sous la faille du Camp des Fourches. (iv) Ce sytème de faille toujours actif (sismicité et activité gravitaire associée) rend compte de ~40-60% de la rotation de la plaque adriatique. Il est mis en évidence par des morphologies glaciaires Holocènes décalées, datées par la méthode 10Be à 12-13 ka, les surfaces de failles étant datées à 11-8 ka, et les glissements gravitaires à 10-2 ka.

Le Limousin (NW du Massif Central) est caractérisé par de larges massifs granitiques mis en place entre 360 et 290 Ma. Ils présentent d'étroites relations spatiales avec de grands accidents ductiles en faille normale et décrochement qui prolongent vers le SE la zone de cisaillement Sud Armoricaine. <br />Le volumineux (~ 10000km3) complexe granitique N-S de Millevaches, limité par des décrochements et failles normales, est un exemple type de granite mis en place dans un contexte tectonique décrochant. <br />Le modèle de mise en place des granites de Millevaches prend en compte l'analyse structurale, microstructurale, magnétique (A.S.M.), gravimétrique et géochronologique (40Ar/39Ar et U/Pb). L'ascension des magmas se fait par des conduits verticaux étroits sous forme d'injections successives qui se relaient le long de l'axe principal N-S des Pradines. Les magmas sont ensuite piégés puis canalisés par la foliation précoce, anisotropie mécanique sub-horizontale majeure de la croûte moyenne. Les magmas syntectoniques du décrochement dextre N-S des Pradines enregistrent des trajectoires de déformation orientées N-S dans la faille et NW-SE de part et d'autre. La poussée du magma au toit du laccolite induit une déformation par aplatissement relaxée par le développement de failles d'échappement sub-horizontales et normales. La mise en place syntectonique des leucogranites du Millevaches, datée à 313 ± 4 Ma est contemporaine du métamorphisme granulitique subi par les roches encaissantes. <br />Le fonctionnement des décrochements du Limousin débute vers 350 Ma et finit vers 300 Ma. Nous proposons que les deux générations de granites (granodiorite-monzogranite et leucogranite) se mettent en place dès 350 Ma, dans une ceinture tectonique résultant d'un contexte en transpression. Les cisaillements ductiles constituent les branches d'un large, long (~700 km), et unique système décrochant lithosphérique analogue à une « pop-up structure » NW-SE dextre allant du Massif Sud Armoricain au Limousin.

The Aegean is a classic setting for studying exhumation of high-pressure (HP) metamorphic rocks. Two end-member models are proposed to explain the uplift of these rocks: core-complex style extension along low-angle normal faults and extrusion-wedge uplift. Extrusion-wedge underplating is the mechanism that exhumed HP rocks on Evia whereas Tinos hosts several detachments varying in age from 30-9 Ma. Andros, situated between them, may be the geological manifestation of the interplay of these processes and provides an opportunity to test these models. Detachments on NW Tinos and on Andros and the enigmatic low-angle Makrotantalon Unit contact on Andros were insufficiently dated prior to this study. Geo- and thermochronometrycombined with structural observations from sampling transects in the transport direction from (1) lower plate Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos, (2) middle plate Makrotantalon Unit on Andros, and (3) hanging wall Upper Unit address these issues. Maximum depositional ages from detrital zircon U-Pb geochronometry and structures reveal Paleocene-Eocene syn-HP metamorphism thrusting resulted in an inversed-age relationship between the Permian Makrotantalon Unit and the underlying Triassic-Eocene Cycladic Blueschist Unit on Andros. The Makrotantalon Unit has an internal inversed stratigraphy whereas the Cycladic Blueschist Unit on Andros and Tinos appear stratigraphically intact. Structures and zircon and apatite (U-Th)/He ages in transects from NW Tinos (~12-8 Ma) and central Andros Cycladic Blueschist Unit (~13-7 Ma) indicate rapid cooling due to exhumation associated with the Livada Detachment. Older cooling ages (~16-10 Ma) and structures in the Makrotantalon Unit indicate later brittle strain localization on the Makrotantalon Thrust contact is accommodated by rheologically weaker serpentinites and calc-schists, resulting in slivering of the footwall under the Livada Detachment on Andros. Estimated mean cooling slip rates of the Livada Detachment on Andros of ~3.8 (+1.2/-1.3) km/Myr and 2.1 (+0.2/-0.2) km/Myr on NW Tinos resulted in minimum vertical exhumations of 15 km and 4 km, respectively. The NCDS here accommodated ~12-25% of 60 km of HP-rock exhumation from ~30-7 Ma. We present a tectonic model to elucidate the evolution of the Makrotantalon Unit and the magnitude, temporal, and spatial variability of exhumation via detachments on these islands.

La tsavorite, grossulaire vert à V-Cr-Mn, est contenue dans des gneiss et roches calco-silicatées graphiteux, souvent associés à des marbres dolomitiques, et appartenant à la ceinture métamorphique néoprotérozoïque mozambicaine. La tsavorite se trouve soit dans des nodules ou des veines de quartz (gisements primaires), soit dans des placers (gisements secondaires). L'étude minéralogique des tsavorites propose un nouveau protocole de certification de leur origine géographique, à partir du rapport V/Cr, de la teneur en Mn et du [delta]18 O. L'étude des gisements de Lemshuku et Namalulu en Tanzanie montre que le métamorphisme des protolithes sédimentaires riches en matière organique et évaporites s'est effectué à P = 7,0 ± 0,4 kbar et T = 677 ± 14°C, à 634 ± 22 Ma (datation U-Th-Pb sur monazite). Le bâti métamorphique s'est refroidi vers 500 Ma (datation 40Ar-39Ar sur muscovite). Deux stades de métasomatose sont reliés à la formation de la tsavorite : (i) une métasomatose de diffusion formant les nodules à P = 5,0-7,4 kbar et T = 580-691°C; (ii) une métasomatose calcique d'infiltration contemporaine de la formation des veines de quartz à P = 3,6-4,9 kbar et T = 505-587°C. Ces dernières sont datées in situ par la méthode Sm-Nd à 606 ± 36 Ma. Les évaporites continentales, déposées dans une sabkha de côte marine avec des sédiments silico-calcaires, sont transformées en tsavorite dans le cas des nodules, alors que les sels fondus sont associés à la formation des veines de quartz. Les minéralisations sont contrôlées par la lithostratigraphie et la tectonique / Tsavorite, a (V, Cr, Mn)-bearing green grossular, is hosted by graphitic gneisses or calc-silicates, often asssociated with dolomitic marbles, and belonging to the Metamorphic Neoproterozoic Mozambique Belt. Tsavorite is found either as nodules or in quartz veins (primary deposits), or in placers (secondary deposits). The mineralogical study of tsavorites suggests a new protocol to certificate their geographical origin, based on the V/Cr ratio, Mn content and delta18O. The study of the Lemshuku and Namalulu deposits in Tanzania has shown that the metamorphism of organic matter-rich and evaporites-rich sedimentary protoliths occurred at P = 7.0 ± 0.4 kbar and T = 677 ± 14°C, at 634 ± 22 Ma (U-Th-Pb dating on monazite). The metamorphic series cooled down at around 500 Ma (40Ar-39Ar dating on muscovite). Two metasomatic stages are linked to the formation of tsavorite : (i) diffusion metasomatism forming nodules at P = 5.0-7.4 kbar and T = 580-691°C; (ii) calcitic infiltration metasomatism forming quartz veins at P = 3.6-4.9 kbar and T = 505-587°C. These last have been dated in situ with Sm-Nd dating at 606 ± 36 Ma. Continental evaporites, deposited in a coastal marine sabkha with (Si, Ca)-bearing sediments, transformed into tsavorite in the case of the nodules, while the molten salts are associated with the formation of the quartz veins. The mineralisations are controlled by lithostratigraphy and structure