Le but de cette thèse est de décrire et d'expliquer l'évolution des assemblages argileux dans les Alpes occidentales depuis l'Oxfordien jusqu'au Crétacé supérieur, et de la comparer à celle connue dans l'Atlantique nord grâce aux forages DSDP. Etude géologique, sédimentologique et géochimique. Les assemblages argileux du Mésozolque supérieur (Malm - Crétacé) du domaine subalpin et du Jura mérldional sont étudiés par diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission et analyses géochimiques (absorption atomique, microsonde). Les évolutions spatiales et temporelles importantes des assemblages argileux dépendent d'influences diverses de la diagenèse et du paléoenvironnement. L'influence diagénétique se manifeste dans les Aravis et dans les Bauges à l'Est de la faille d'Arcalod. La diagenèse, en relation avec la superposition tectonique des unités préalpines et le métamorphisme alpin, conduit à la transformation des smectltes en illites et chlorltes par l'intermédiaire d'édifices interstratifiés. Dans les chaines subalpines méridionales, les processus diagénétlques sont plus complexes : dans les bancs calcaires des alternances du Crétacé inférieur, modérément enfouies et situées A l'écart des zones internes, une partie des smectites est transformée en chlorite. Lorsque l'enfouissement augmente et en direction du domaine alpin métamorphisé, les smectites et la kaolinite disparaissent au profit d'illite et de chlorite, cette dernière étant d'autant plus ferrifère que l'empreinte thermodynamique est plus marquée. Dans les domaines exempts de manifestations diagénétiques, les assemblages argileux détritiques conduisent à préciser les conditions de sédimentation et le paléoenvironnement. Dans la plupart des cas, la constitution des assemblages argileux dépend du milieu de dépôt, notamment dans les domaines de plate-forme. Ceci résulte des mécanismes de la sédimentation différentielle qui favorisent, d'une part le dépôt des minéraux primaires et de la kaolinite sur les plates-formes et les bordures, d'autre part la décantation des smectites dans les domaines plus profonds. Ces mécanismes paraissent beaucoup plus marqués que dans le domaine Atlantique. Dans le domaine pélagique des chaines vocontiennes, l'évolution des assemblages argileux résulte principalement d'une succession de périodes d'instabilité tectonique caractérisées par une sédimentation marneuse riche en illite et kaolinite, et d'aplanissement morphologique associé à la progradation des plates-formes carbonatées et marqué par une sédimentation plus calcaire riche en smectites. L'expression des climats appara!t à plusieurs échelles. Au long de la période Malm Crétacé, les climats sont toujours chauds mais paraissent plus arides ou à humidité plus irré* qulièrement répartie au Crétacé qu'au Jurassique terminal. Au niveau des alternances marnocalcaires qui résultent au moins en partie d'oscillations climatiques, le climat parait chaud et à humidité contrastée durant le dépôt des calcaires, toujours chaud mais à humidité plus constante lors du dépôt des marnes.

La méthode classique de traitement des données aérogravimétriques par filtrage fréquentiel ne prend pas en compte les propriétés statistiques des mesures, telles les corrélations, et ne permet pas une estimation aisée des erreurs sur le champ de gravité. Nous avons donc développé une nouvelle méthode de réduction par inversion régularisée au sens des moindres carrés, basée sur la transformation de l'équation différentielle du gravimètre en équation intégrale, qui permet cette estimation. Nous avons appliqué cette nouvelle méthode avec succès à la modélisation du champ de gravité dans le domaine des moyennes longueurs d'ondes sur la partie Sud-Ouest des Alpes avec une précision interne de 3 mGal. Les données utilisées ont été acquises avec un gravimètre « LaCoste & Romberg modèle Air/Sea » lors d'un levé gravimétrique aéroporté réalisé en 1998 dans le cadre du programme national de recherche « GéoFrance 3D ».

Les Massifs du Grand Paradis, de Dora-Maira et du Mont Rose représentent le socle continental le plus interne des Alpes occidentales, et sont situés en fenêtre sous les unités éclogitiques d'origine océanique (Océan Liguro-Piémontais). Ce socle continental est associé à la partie la plus distale de la paléomarge européenne. Cette étude structurale et métamorphique est basée sur une nouvelle carte géologique au 1/25000ème levée dans la partie Nord du massif du Grand Paradis, dans la vallée de Cogne. La vallée de Cogne présente 3 vallées approximativement perpendiculaires à la direction principale des différentes structures et limites lithologiques, avec un dénivelé d'environ 2300 mètres qui permet de belles observations et la réalisation de coupes géologiques de grande qualité. Cette partie Nord du massif du Grand Paradis est un objet idéal pour étudier la géométrie et la cinématique de la déformation Alpine.<br />On distingue deux principales unités au sein du massif du Grand Paradis:<br />L'unité du Money est essentiellement constituée d'un orthogneiss (Erfaulet), intrusif dans une épaisse séquence de métasédiments (métaconglomérats et micaschistes graphiteux d'âge Permo-Carbonifère). Deux stades de déformation sont identifiés au sein de l'unité du Money, (i) La première déformation est préservée au sein de microlithons, il s'agit d'une schistosité (SA1) microplissée (ii) la deuxième est représentée par un pli isoclinal d'échelle kilométrique associé au développement d'une nouvelle schistosité (SA2). La première schistosité (SA1) est définie par le développement de paragenèses de haute pression (grenat-chloritoïde), alors que la seconde schistosité se développe dans le faciès des amphibolites à albite-épidote-chlorite. Ces deux phases de déformation sont associées à la phase alpine, aucune relique pre-Alpine n'a été identifiée au sein de cette unité. Une zone mylonitique (EE') présentant des bandes de cisaillement indiquant un sens de cisaillement top vers l'ouest marque le contact entre l'unité du Money et l'unité du Grand Paradis.<br />L'unité du Grand Paradis est essentiellement constituée d'orthogneiss dérivant de granitoïdes porphyriques d'age tardi-varisque et de métasédiments présentant des reliques pré-Alpines de métamorphisme de haute température. Certains volumes ne présentent aucune déformation. Les paragenèses éclogitiques sont seulement préservées au sein de rares lentilles de métabasites et au sein de certains micaschistes. Les estimations des conditions P-T donnent 620°C, 6 kbar pour l'événement pré-Alpin et de 490°C, 18-20 kbar pour le pic en pression du stade Alpin. Certaines éclogites présentent des linéations indiquant une déformation ductile de haute pression de direction N-S. Mais le principal épisode de deformation a lieu à des pressions plus faibles (albite-épidote amphibolite facies). Une zone de cisaillement d'échelle régionale (DD') permet de diviser l'unité du Grand Paradis en deux sous-unités. Les nombreux contacts tectoniques identifiés au sein du massif du Grand Paradis (DD' EE') permettent de dupliquer le socle continental en plusieurs sous-unités aux histoires métamorphiques contrastées. Les critères cinématiques indiquent que ces différents contacts tectoniques sont des chevauchements à vergence ouest. Le dôme du Grand Paradis est donc un grand antiforme de nappe se mettant en place dans le facies des amphibolites à albite-épidote.

L'étude de la dynamique de la lithosphère, en particulier les processus de transports verticaux et horizontaux de matière, requiert de pouvoir reconstruire avec la plus grande précision l'évolution géodynamique des chaînes de montagne. C'est le rôle des trajets pression-température-temps-déformation (P-T-t-e) qui permettent, pour un fragment de roche, de reconstruire son histoire à partir de l'étude texturale et chimique des minéraux métamorphiques à l'équilibre. En effet, les roches métamorphiques présentent des mosaïques de paléo-équilibres thermodynamiques locaux entre des minéraux de paragénèses qui cristallisent à différentes conditions de pressions et de températures. Le problème abordé dans ce mémoire est celui de la reconstruction des trajets pression-température, en combinant l'utilisation d'approches thermobarométriques directes, comme les pseudosections calculées par minimisation d'énergie, et indirectes, comme la technique du multi-équilibre avec une vision en deux dimensions grâce à une approche micro-cartographique. Cependant, l'utilisation conjointe de techniques d'imagerie chimiques et d'estimations thermobarométriques requiert un grand nombre de calculs, et donc des logiciels conviviaux à la disposition de la communauté. Dans cette thèse, nous proposons des programmes pour la cartographie et les calculs thermodynamiques, puis un nouveau modèle de solution solide pour les chlorites et, enfin, des exemples d'applications dans les Alpes et en Himalaya. Nous avons développé un jeu de programmes écrits en Matlab, qui permettent (1) de traiter des images chimiques et de calculer des cartes pression-température : XMapTools, et (2) de chercher des équilibres thermodynamiques et de tracer des réactions chimiques : PT-lines, MultiPlot et Meamp. Un modèle de solution solide pour les chlorites a été proposé en ajoutant un pôle pur di-trioctahédriques. Ce modèle permet de calculer, par minimisation d'énergie, des pseudosections à basse température, ou encore de modéliser des interactions fluide-roche. Dans un deuxième temps, nous proposons d'appliquer les techniques de micro-cartographie et de thermobarométrie à des exemples naturels variés afin d'essayer d'apporter des contraintes supplémentaires pour reconstruire des modèles d'évolutions géodynamiques des chaînes de subduction-collision. Pour les Alpes, des trajets P-T-e et P-T-t ont été proposés pour des unités où jusqu'ici, faute de techniques disponibles, les estimations étaient basées uniquement sur la présence de minéraux index du métamorphisme. Ces nouvelles données ont permis de mettre en évidence un fort couplage entre l'exhumation du prisme océanique et l'écaillage crustal de la plaque continentale subduite. Pour l'Himalaya, nous avons montré qu'il est possible de reconstruire un trajet pression-température continu à partir d'images chimiques en utilisant notre nouvel outil : XMapTools.

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.

Les eaux des sources artésiennes de Salins-les-Thermes (vallée de la Tarentaise, Savoie) sont thermales (39°C) et hyperminéralisées (19,4g/l) contenant du NaCl (14,6g/l) et du CaSO4 (3,6g/l), ainsi que de nombreux éléments mineurs et traces (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) et du CO2 (230mg/l). Cette étude a pour objectifs d’améliorer les connaissances sur le fonctionnement global du système hydrothermal en contexte alpin et plus précisément de la zone d’émergence située en fond de vallée. Une approche interdisciplinaire associant la géologie, l’hydrodynamique et l’hydrogéochimie a été menée.À partir de données bibliographiques et des reconnaissances de terrain, l’étude géologique a permis de caractériser les potentiels hydrogéologiques des formations du secteur et d’identifier la structure drainante pour l’ascension des eaux souterraines. Celle-ci se fait le long de la bordure SE du contact chevauchant divisant l’extrémité sud de l’unité de Moûtiers et recoupant la vallée de Salins au niveau des sources.L’étude hydrodynamique repose sur une analyse des variations, à long terme et lors de perturbations provoquées, des paramètres hydrodynamiques (débit et niveau d’eau) et physico-chimiques (température et conductivité) des eaux de l’ensemble des sources du site et des réservoirs de surface. Le fonctionnement hydrodynamique de la zone d’émergence consiste en un équilibre de pression entre la remontée thermominérale et les réservoirs de surface (système alluvial et réservoir de versant). Cet équilibre est sensible au système d’exploitation et contrôle la répartition des flux aux différentes émergences.Une étude des interactions eaux-roches et eaux-gaz a été menée à partir d’analyses sur les éléments majeurs, mineurs et traces des eaux et des précipités de boues, ainsi que des analyses isotopiques sur les eaux (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), pour l’ensemble des eaux thermominérales et froides présentes sur le site. La minéralisation des eaux souterraines est acquise au sein des calcaires dolomitiques et des quartzites de l’unité de Moûtiers, en bordure des évaporites (anhydrite, gypse et halite) qui jalonnent le contact chevauchant. Le circuit souterrain atteindrait une profondeur de 2km environ, ce qui permettrait aux eaux d’acquérir une température de 60°C et de drainer du CO2 magmatique issu du socle. La faible minéralisation des eaux du système alluvial et du versant n’a pas permis de les distinguer dans les phénomènes de mélange avec les eaux thermominérales.Cette thèse apporte de nouvelles hypothèses sur la zone d’alimentation et des connaissances complémentaires sur le fonctionnement du système. Les apports sur la zone d’émergence ont permis d’évaluer la sensibilité de la ressource thermominérale et de proposer des préconisations pour la mise en place d’un forage profond aux acteurs de l’activité thermale (propriétaire et exploitant) menant un projet de développement pour une gestion durable de l’exploitation de cette ressource thermominérale. / Artesian springs waters of Salins-les-Thermes (Tarentaise Valley, Savoie) are thermal (39°C) and hypermineralized (19,4g/l) with NaCl (14,6g/l), CaSO4 (3,6g/l), many minor and trace elements (Sr, Si, Br, Fe, Li, As, Rb, Mn, U…) and CO2 (230mg/l). This study aims to improve knowledge on the functioning of the hydrothermal system in alpine setting and more precisely on the springs area in the valley. An interdisciplinary approach associating geology, hydrogeochemistry, and hydrodynamic was carried out.The literature data and geological field work allowed to determine the hydrogeological potential of local rock formations and to identify the deep tectonic fault which drains thermal groundwater towards the surface. Thermal groundwater rises along the thrust fault which divides the south of the Moûtiers unit and intersects the Salins valley in the spring area.The hydrodynamic study is built on variation analysis of hydrodynamic (water level, flow rate) and of physico-chemical (temperature, conductivity) parameters in water from thermal springs and subsurface aquifers, in long-term and during induced disturbance. The hydrodynamic functioning of the springs area consists of a pressure balance between the hydrothermal upwelling and subsurface aquifers (alluvial system and valley side rocks). This relationship is sensitive to the exploitation process of the thermal water and controls mixing processus at springs.Study of water-rock and water-gas interactions was carried out from analysis of major, minor and trace elements in water and in precipitated muds in addition with isotopic analyses (δ18O, δ2H et δ13CCMTD), for deep thermal and cold shallow groundwaters. The mineralization of deep groundwater results of interaction with dolomitic limestone and quartzite of the Moûtiers unit and evaporites (anhydrite, gypsum and halite) present along thrusts. The deep circuit would reach 2km depth, allowing groundwater to acquire a temperature of 60°C and CO2 magmatic from basement. The poorly mineralized both alluvial and valley side waters have not been differenciated in mixing processes with thermal groundwaters.This thesis provides news hypotheses about the infiltration area and additional knowledge on the functioning of the hydrothermal system. Contributions on the springs area allowed to estimate the sensitivity of resource and to propose recommendations to operators of the thermal activity to develop a deep borehole for sustainable management of the resource.

Les glaciers de montagne sont l'un des meilleurs indicateurs des changements climatiques du fait de leur réponse rapide à de faibles variations des paramètres de forçage et de leur large distribution sur la planète. Les chronologies glaciaires représentent de ce fait des enregistrements de référence parmi les reconstitutions paléo-environnementales. Dans le contexte actuel de réchauffement et de retrait glaciaire accéléré, le développement de telles chronologies est nécessaire afin de mettre en perspective ces changements rapides et de grande ampleur avec ceux du Quaternaire récent. Si les fluctuations glaciaires holocènes sont relativement bien contraintes dans les Alpes centrales et orientales, les données sont en revanche extrêmement fragmentaires dans les Alpes occidentales avant la seconde moitié du Petit Age Glaciaire ss (1570-1850 AD). Pour pallier ce manque, nous avons conduit une étude sur plusieurs sites répartis dans trois massifs des Alpes françaises (Mont Blanc, Belledonne, Ecrins), en mettant en œuvre une approche multi-proxies basée sur plusieurs méthodes de datation (dendrochronologie, datation cosmogéniques 10Be, lichénométrie, datations radiocarbone) – dont certaines utilisées pour la première fois à cette échelle spatiale et temporelle. Tandis que les potentialités de chacune de ces méthodes sont discutées, notre étude a permis de proposer une chronologie des variations glaciaires couvrant la période holocène, dont les résultats sont comparés à d'autres enregistrements paléoclimatiques régionaux à haute résolution. Les résultats révèlent un schéma des fluctuations glaciaires holocènes comparable à celui généralement admis dans le reste des Alpes, avec la mise en évidence de récurrences glaciaires importantes au début de l'Holocène, antérieures à 9.3 ka, et la datation du début de la période du Néoglaciaire dès 4.2 ka. Une contrainte précise des différents stades de la seconde moitié de l'Holocène a pu être obtenue sur le site de la Mer de Glace grâce à l'approche dendroglaciologique sur bois subfossiles (Pinus cembra). Ce site apparaît d'ores et déjà comme l'un des plus importants pour l'étude de cette période puisque la chronologie établie couvre les 4000 dernières années et représente le quatrième enregistrement de cette précision à être développé dans les Alpes. Les datations obtenues indiquent en outre un synchronisme marqué des maxima glaciaires à l'échelle régionale, ce qui suggère une similarité des forçages sur la frange occidentale des Alpes. Les différences observées avec les chronologies du reste de la chaine s'expliqueraient principalement par les caractéristiques des glaciers étudiés, en particulier leur temps de réponse différent. / Mountain glaciers are one of the most reliable climatic proxy on Earth through their rapid response to slight changes in forcing and their wide distribution. For these reasons glacial chronologies constitutes reference series against which other paleoenvironmental reconstructions are evaluated. In the current context of global warming and glacier withdrawal worldwide, the building of such records is increasingly needed to assess these rapid and dramatic changes on the longer Late Quaternary timescale. The Holocene glacier fluctuations are now fairly well known in the Central and Eastern Alps, but datas from the Western Alps are extremely sparse, and the chronology of glacier fluctuations before the second half of the Little Ice Age (LIA) ss (1570-1850 AD) is thus poorly constrained. To fill this gap, we carried out a study on several sites distributed in three glaciated range of the French Alps (Mont Blanc, Belledonne, Ecrins). We choose a multi-proxies approach based on the implementation of several dating methods (dendrochronology, Cosmic Ray Exposure dating with 10Be, lichenometry, radiocarbon) – some of which were used for the first time on these spatial- and time-scales. This approach allowed us to propose a glacial chronology spanning the Holocene. Moreover, strength and weakness of the different methods used are discussed, and the results are compared to other high resolution proxies from the Great Alpine Region. Our results shows a picture broadly similar to the Holocene glacier variations model currently accepted in the European Alps : we shows evidence for large Early-Holocene advances prior to 9.3 ka and for the beginning of the Neoglacial period from 4.2 ka onwards. An accurate dating of the Neoglacial stadials was possible at Mer de Glace through the use of a dendroglaciological approach on subfossil woods (Pinus cembra). This site already appears as one of the most interesting in the whole Alps to study the Neoglacial period, as the chronology established there spans the last 4 ka and is the 4th record of this kind builds in the Alps. The datings presented here reveals a marked synchroneity for Neoglacial maxima at the Alpine scale, which could indicate similar forcing on glaciers from the Western fringe. Main discrepancies between the records could be explained by topographic and size characteristics of the studied glaciers, as expressed by their response time.

L'étude de la dynamique de la lithosphère, en particulier les processus de transports verticaux et horizontaux de matière, requiert de pouvoir reconstruire avec la plus grande précision l'évolution géodynamique des chaînes de montagne. C'est le rôle des trajets pression-température-temps-déformation (P-T-t-e) qui permettent, pour un fragment de roche, de reconstruire son histoire à partir de l'étude texturale et chimique des minéraux métamorphiques à l'équilibre. En effet, les roches métamorphiques présentent des mosaïques de paléo-équilibres thermodynamiques locaux entre des minéraux de paragénèses qui cristallisent à différentes conditions de pressions et de températures. Le problème abordé dans ce mémoire est celui de la reconstruction des trajets pression-température, en combinant l'utilisation d'approches thermobarométriques directes, comme les pseudosections calculées par minimisation d'énergie, et indirectes, comme la technique du multi-équilibre avec une vision en deux dimensions grâce à une approche micro-cartographique. Cependant, l'utilisation conjointe de techniques d'imagerie chimiques et d'estimations thermobarométriques requiert un grand nombre de calculs, et donc des logiciels conviviaux à la disposition de la communauté. Dans cette thèse, nous proposons des programmes pour la cartographie et les calculs thermodynamiques, puis un nouveau modèle de solution solide pour les chlorites et, enfin, des exemples d'applications dans les Alpes et en Himalaya. Nous avons développé un jeu de programmes écrits en Matlab, qui permettent (1) de traiter des images chimiques et de calculer des cartes pression-température : XMapTools, et (2) de chercher des équilibres thermodynamiques et de tracer des réactions chimiques : PT-lines, MultiPlot et Meamp. Un modèle de solution solide pour les chlorites a été proposé en ajoutant un pôle pur di-trioctahédriques. Ce modèle permet de calculer, par minimisation d'énergie, des pseudosections à basse température, ou encore de modéliser des interactions fluide-roche. Dans un deuxième temps, nous proposons d'appliquer les techniques de micro-cartographie et de thermobarométrie à des exemples naturels variés afin d'essayer d'apporter des contraintes supplémentaires pour reconstruire des modèles d'évolutions géodynamiques des chaînes de subduction-collision. Pour les Alpes, des trajets P-T-e et P-T-t ont été proposés pour des unités où jusqu'ici, faute de techniques disponibles, les estimations étaient basées uniquement sur la présence de minéraux index du métamorphisme. Ces nouvelles données ont permis de mettre en évidence un fort couplage entre l'exhumation du prisme océanique et l'écaillage crustal de la plaque continentale subduite. Pour l'Himalaya, nous avons montré qu'il est possible de reconstruire un trajet pression-température continu à partir d'images chimiques en utilisant notre nouvel outil : XMapTools. / The study of the lithosphere dynamics such as vertical and horizontal material transport processes requires the detailed reconstruction of the geodynamic evolution of the mountain belts. These geodynamic models are classically constrained using pressure-temperature-time-deformation (P-T-t-e) paths unravelled from textural and chemical study of metamorphic rocks fragments. Metamorphic rocks are made by mosaic of local thermodynamic equilibria involving minerals that grew at different temporal, pressure, and temperature conditions. The topic of this thesis is the reconstruction of pressure-temperature paths by combining direct techniques such as pseudosection computed by energy minimization and inverse techniques such as multi-equilibrium, in space, i.e. two-dimensions, using a micro-mapping approach. The use of chemical images and thermodynamic modelling requires user-friendly programs freely available for the community. In this thesis, we first propose a set of programs and a new solid solution model for chlorite and also two application examples are proposed in the Alps and the Himalaya. We propose a set of programs written in Matlab (1) for microprobe image processing and the computation of pressure temperature maps: XMapTools, (2) for multi-equilibrium calculations using different thermodynamic data and solid solution models: PT-lines, MultiPlot and Meamp. A new solid solution model for chlorite is presented including a di-trioctahedral chlorite end-member. This model can be used to calculate pseudosection phase diagrams and for fluid-rock interaction modelling. Thermodynamic modelling and micro-mapping techniques are used together to add new constraints to the geodynamic models of subduction-collision mountain belts. In the French Western Alps, P-T-e and P-T-t paths are recovered for some metamorphic units in which the available estimates were only based on the occurrence of index minerals. These new thermobarometric and radiometric data indicate a strong coupling between the exhumation of the oceanic accretionary wedge and the continental subducting plate. In The Himalaya, we studied a new eclogite occurrence and we propose a detailed and continuous P-T path calculated using our newly created program XMapTools.

Les structures profondes et les minéralisations qui y sont éventuellement associées ne peuvent prendre toute leur signification sans une étude détaillée de la croûte terrestre. On est maintenant en possession, depuis le dernier quart de siècle, d'une bonne image de celle-ci ainsi que du manteau supérieur, image à laquelle la sismologie expérimentale, avec les sondages sismiques profonds, a apporté une contribution décisive. Il est désormais possible de mettre en évidence non seulement des discontinuités intracrustales, mais aussi des hétérogénéités de la croûte inférieure et des failles profondes qui sont des sources potentielles de courants ascendants entraînant des minéralisations diverses.L'étude de la croûte terrestre a donc une importance économique considérable. Bien que les méthodes d'interprétation de sondages sismiques profonds soient désormais bien développées, on pouvait s'interroger sur les limites de celles-ci. Tire-t-on vraiment tout le profit possible des données de sismologie expérimentale, acquises sur le terrain au prix d'une logistique souvent importante? Ce travail est en fait une réflexion sur deux problèmes liés à une meilleure rentabilisation de ces données. Dans une première partie, consacrée à la modélisation bidimensionnelle de la croûte, on passe d'abord en revue les différentes possibilités de faire varier les paramètres sismiques de la croûte, non seulement verticalement, mais encore horizontalement. La formulation mathématique du tracé des rais sismiques dans un tel milieu inhomogène est également abordée: on aboutit à une relation entre la courbure du rai et sa position par rapport au gradient local de la vitesse sismique. On examine plus en détail une modélisation de la croûte par des interfaces polygonales qui délimitent des couches à gradient de vitesse constant. Cette modélisation est utilisée au second chapitre dans une application aux Alpes Occidentales. On met d'abord en évidence un enfoncement rapide du socle antétriasique et plus ancien qui forme une fosse péri-alpine longeant les Massifs Cristallins Externes. Sous Grenoble et le Sud du Lac d'Annecy, on trouve une épaisseur de sédiments post-paléozoïques de dix kilomètres environ. On montre de plus que la croûte a une structure totalement différente sous les chaînes subalpines septentrionales et sous la partie interne de l'arc alpin .. Dans le premier cas, elle présente des réflecteurs intermédiaires bien marqués qui plongent vers l'intérieur de l'arc à 30° environ alors que dans le second cas, aucune stratification n'apparaît clairement. On met en évidence, sous les Massifs Cristallins Externes, une zone à moindre vitesse centrée sur quinze kilomètres de profondeur et l'on interprète ce schéma structural comme l'expression d'un chevauchement crustal, la croûte supérieure intra-alpine pouvant se décoller de la croûte inférieure au niveau de cette zone à moindre vitesse. La signification physique de telles inversions de vitesse intracrustales est aussi abordée: elles n'apparaissent peut - étre que dans les régions tectoniques actives, là où les densités de dislocations intracristallines sont élevées. Enfin, après avoir examiné le mécanisme au foyer du séisme de Faverges (02.12.80), nous présentons en guise de conclusion un schéma d'évolution tectonique du Sud-Est de la France. Il fait ressortir l'importance d'une ligne SW-NE, mise en évidence par la sismologie expérimentale et la sismicité régionale mais confirmant les déductions géologiques, qui aurait joué un rôle essentiel dans la surrection des Massifs Cristallins Externes. La seconde partie de ce travail porte sur l'atténuation des ondes sismiques dans la croûte supérieure, également sur des bases de sondages sismiques profonds. Après avoir émis un certain nombre d'hypothèses pour pouvoir modéliser la croute aussi bien en vitesse qu'en anélasticité, nous présentons les inconvénients liés à certains modèles, notamment lorsque le gradient de vitesse est discontinu. Au chapitre suivant, le "facteur de qualité", qui caractérise l'atténuation est introduit dans un modèle stratifié avec une variation linéaire de l'atténuation en profondeur. On montre que l'amplitude des ondes émergentes peut encore étre calculée analytiquement. On présente ensuite les difficultés auxquelles on se heurte quand on veut lisser la loi de vitesse pour éliminer les discontinuités de gradient. En sus des lissages classiques par splines cubiques, nous proposons un lissage par splines exponentielles qui présente l'avantage d'élimfner définitivement tout point d'inflexion indésirable. Le troisième chapitre est consacré à l'évaluation des intégrales du rai dans le cas d'une variation continue au second ordre de la vitesse dans le milieu et d'une variation continue à l'ordre zéro du facteur de qualité. Deux procédés -numérique et analytique- sont successivement présentés. On expose enfin au dernier chapitre une méthode itérative d'inversion qui à partir des amplitudes de l'onde Pg (propagée dans la croute supérieure) observées à différentes distances le long d'un profil, donne une image détaillée de l'atténuation en fonction de la profondeur jusqu'à sept kilomètres environ. Cette méthode, plus exacte que celles utilisées précédemment, fournit des valeurs relativement élevées du facteur de qualité qui pourraient avoir des répercussions au niveau du calcul du risque sismique.

Une synthèse des données sur le socle dans le SE de la France (forages, profils sismiques) conduit à l'élaboration d'une carte isobathe du toit de ce marqueur. Concernant les zones de bassin, on observe que les régions à socle peu profond montrent des vitesses d'onde P plus élevées que dans les régions à socle profond. Ceci est interprété comme une réponse différenciée selon la lithologie (boudinage en grand) dans un mécanisme d'extension précoce. Une synthèse des données sur la croûte permet de mettre en évidence un important épaississement crustal à l'aplomb des massifs cristallins externes. La signification du corps d'Ivrea est discutée en termes de superposition de plusieurs unités de manteau supérieur anormal. L'amincissement de la seule croûte supérieure sous la bordure SE du Massif Central est interprétée comme du à la formation tardive (post-extension) de la croûte inférieure. Dans une troisième partie il est proposé que le mécanisme de base d'édification de la chaîne soit un épaississement crustal discontinu provoqué par un chevauchement (écaillage) à l'échelle de la croûte, le chevauchement des massifs cristallins externes. Ce mécanisme discontinu est également invoqué pour interpréter les déformations de couverture comme résultant d'un poinçonnement de celle-ci par l'avancée du socle chevauchant.