Ce mémoire constitue la synthèse des travaux de recherche effectués dans les Andes de la région de Cusco (Pérou). Cette région s'étend entre la bordure NE de la Cordillère Occidentale et la bordure SW de la Cordillère Orientale et constitue la terminaison NW de l'Altiplano. Les modèles interprétatifs issus de ces études sont importants pour la compréhension de l'évolution géodynamique des Andes au Méso-Cénozoïque. Ainsi une large part est faite aux résultats de la confrontation des méthodes structurales, sédimentologiques et magmatiques. On montre que l'évolution paléozoïque et méso-cénozoïque de la zone étudiée serait en partie contrôlée par une limite paléogéographique avec deux types différents de substratum. Cette limite se situe au niveau de la déflexion d' Abancay et du seuil Cusco-Puno. Le Permo-Trias doit être considéré comme une période transitoire entre le cycle hercynien et le cycle andin. Les principaux traits du bassin Permo-Trias sont des structures héritées (y compris la déflexion d'Abancay), qui ont aussi contrôlé toute l'évolution andine. La région de Cusco est caractérisée par plus de 10.000m de couches rouges tertiaires d'origine continentale qui surmontent des sédiments marins et continentaux d'âge Crétacé à Paléocène. Ces Couches Rouges tertiaires se sont déposées dans des bassins synorogéniques liés aux déformations compressives andines. Des mouvements décrochants dextres apparaissent vers 50-44 Ma le long du seuil Cusco-Puno et en bordure NE du bassin mésozoïque sud-péruvien, conduisant à l'ouverture en transtension des bassins de Couches Rouges du Groupe San Jeronimo de Cusco, Sicuani, Ayaviri, Puno et vraisemblablement du Nord de la Bolivie. A cette époque le grand bassin altiplanique aurait commencé à se structurer. Un important changement du régime de contraintes vers 43-40 Ma provoque la fermeture en compression des bassins de Couches Rouges et le début de la sédimentation des conglomérats de la Formation Anta (événement compressif Inca1). Ce changement induit postérieurement une évolution du comportement de la limite Cordillère Occidentale-Bassin Couches Rouges, qui devient le siège de mouvements décrochants senestres, comme le montrent l'évolution des bassins Oligocènes-Miocènes. Ces mouvements senestres sont compatibles avec des modèles qui tentent d'expliquer la formation de l'Orocline bolivien. Les contraintes compressives (crises Quechua) sont des marqueurs de la fermeture des bassins néogènes. Les données géochronologiques semblent indiquer que l' activité magmatique dans la zone étudiée a été plus ou moins continue depuis l'Eocène (48 Ma) et que la répartition du magmatisme montre, par contre, une nette évolution dans l'espace. Les calculs de la déformation indiquent que les valeurs de raccourcissement obtenues à partir des données géologiques de surface, ne suffisent pas à produire l'épaississement crustal mis en évidence par la géophysique. Pour expliquer cet excès de volume on propose un sous-charriage de matériel continental provenant de la subduction ou l'apport de copeaux litbosphériques résultant de l'érosion tectonique. Cependant, si le doublement de la croute est entièrement dû au raccourcissement,la déformation en surface ne serait bien exprimée qu' en quelques endroits. La cinématique de plaques semble bien avoir un rôle sur la tectonique andine, ses crises et périodes ou événements, et la déformation est contrôlée par les grands accidents paléogéographiques.

La zone briançonnaise est issue d'un domaine de la marge passive de la Téthys ligure, qui a émergé au Jurassique. Elle est actuellement située au cœur de l'arc alpin entre la zone externe et les autres zones internes. L'évolution particulière de ce domaine pose le problème de sa localisation paléogéographique au sein de la marge passive. En effet, les séries briançonnaises des Alpes occidentales (Sud et du Pelvoux) montrent les traces de déformations anté-alpines antérieures ou postérieures au rifting jurassique de la Téthys ligure. L'analyse des marqueurs structuraux (failles normales, filons, hard-ground, ...) contenus dans la sédimentation associée aux études classiques de sédimentologie, stratigraphie et de micropaléontologie permettent d'établir une chronologie précise des évènements extensifs, de caractériser ces paléostructures et de mettre au jour l'évolution du domaine briançonnais tout au long du Mésozoïque et du Cénozoïque. Des variations d'épaisseurs de l'unité lithologique des « Calcaires rubanés » du Ladinien inférieur impliquent une subsidence différentielle d'origine tectonique (période antérift). Des phénomènes de dissociation trouvés à la limite Ladinien-Carnien pourraient correspondre à des ébranlements sismiques contemporains d'une structure syn-rift précoce de la plate-forme triasique. A partir de l'analyse diagénétique d'échantillons prélevés au niveau de la surface d'émersion, il semble que la lacune débute au Sinémurien supérieur sur l'aire de Peyre-Haute. Le rifting téthysien comprendrait 2 phases : au Carnien et au Sinémurien (surrection). En Briançonnais, 2 aires de subsidence distinctes discernables sur des courbes de subsidence ont donc été mises en évidence pour cette période. L'effondrement « post-rift » de la pate-forme briançonnaise au Bathonien supérieur est suivi par une nouvelle structuration au Callovien-Oxfordien créant de nouvelles failles [Claudel et al., 1997]. Les périodes d'activité tectonique du Crétacé sont surtout marquées par des réactivations de failles : à l'Aptien-Albien et au Turonien supérieur. Les brèches du Campanien-Maastrichtien pourraient s'être déposées en contexte de convergence. L'analyse structurale montre l'existence de chevauchements hors-séquences au sein de l'édifice de nappes briançonnaises : la direction de chevauchement des charriages éocènes seraient obliques (vers le nord ?) par rapport aux charriages vers l'ouest oligocènes. La 1ère mise en place de nappes (Peyre-Haute et Prorel) est superficielle et marquée par des olistostromes (Eychauda, Queyrelets). L'analyse paléomagnétique préliminaire [Thomas et al., soumis] suggère une rotation anti-horaire d'une quarantaine de degrés postérieure à toutes les phases de plissements post-nappes de l'ensemble de la zone briançonnaise étudiée. Le dépliage des unités tectoniques, prenant en compte la rotation et les transports vers le nord, a permis de proposer une reconstitution paléogéographique régionale qui replace le domaine briançonnais au sein du Sud Est de la France dans le prolongement est de la Provence jusqu'au Jurassique supérieur. Replacées dans le contexte géodynamique globale, ces structurations successives croisées au niveau du domaine briançonnais pourraient résulter d'interférences entre les cycles de rifting-ouverture océanique suivants décalés dans l'espace et dans le temps [Claudel & Dumont, soumis] : système Halstatt-Méliata au Ladinien inférieur ; système Atlantique Central-Téthys ligure au Carnien-Lias ; système Atlantique Nord-Golfe de Gascogne-domaine valaisan au Callovien-Oxfordien. La plate-forme triasique enregistrerait tout d'abord l'écho du rifting de l'océan Halstatt au Ladinien, puis subit le 1er stade du rifting téthysien dès le Ladinien supéruer-Carnien. La phase principale survenant au Lias se traduit en domaine briançonnais par une surrection ; ce qui permet d'admettre que ce domaine constituait l'épaulement du rift téthysien [Stampfi, 1993]. Après l'ouverture initiale de l'océan Téthysien ligure, le rifting valaisan oblique par rapport à la ride médio-téthysienne continue de structurer le domaine briançonnais situé dès lors à l'intersection de 2 zones de rupture crustale. Le Wombat plateau au large de l'Australie a subit une évolution de ce type et fournit une image analogue à celle proposée pour le domaine briançonnais au Mésozoïque.

Le terme de « marge » est utilisé pour définir la bordure de la croûte continentale. En domaine extensif la déchirure de la lithosphère continentale (ou rifting) conduit à terme à la formation de deux marges dites passives, séparées par de la croûte océanique. Ces marges sont très représentées puisqu'elles bordent la grande majorité des masses continentales entourant les océans actuels : Atlantique, Indien, Antarctique, et Arctique. De plus, elles représentent le stade ultime d'évolution d'une zone de rift : elles conservent donc l'histoire des déformations subies par la lithosphère étirée. Par conséquent, l'étude de leur structure et de leur formation est essentielle pour améliorer les conceptions actuelles de l'extension lithosphérique. En effet, malgré l'abondance des données disponibles le long des marges passives et la complexification croissante des modèles, certaines questions concernant le comportement de la lithosphère en extension, notamment la nature et l'origine des mouvements verticaux de la marge au cours du rifting demeurent sans réponse précise. La partie orientale du golfe d'Aden représente un laboratoire idéal pour aborder l'étude des marges passives. Cette marge jeune (rifting oligo-miocène) et non-volcanique est exempte d'évaporites et c'est un des rares bassins où il est possible de suivre de manière continue l'évolution d'une marge depuis sa partie proximale jusqu'à la dorsale océanique. Par ailleurs, la partie proximale de la marge présente la particularité d'affleurer à terre ce qui a rendu possible une étude sédimentologique de terrain ainsi que le déploiement d'un réseau temporaire de stations sismologiques en 2003. Dans le cadre de ce travail, nous avons étudié les mouvements verticaux de la marge Nord du golfe d'Aden (Dhofar) par le biais de deux approches complémentaires. L'étude sédimentologique de terrain a permis d'établir un historique complet des différents mouvements verticaux associés au rifting. Elle révèle une phase de surrection burdigalienne à langhienne (~ 1 Ma) contemporaine de l'océanisation et/ou de la mise en place de la TOC (Transition Ocean Continent) dont l'amplitude est estimée à 700 m au minimum. Un second épisode de soulèvement, d'amplitude beaucoup plus faible (de l'ordre de la centaine de mètres), débute au Pliocène et se poursuit actuellement. La détermination de la structure très profonde de la marge (lithosphérique à asthénosphérique) a été effectuée par le biais d'une étude de tomographie télésismique. Le déploiement de 11 stations sismologiques large bande de mars 2003 à mars 2004 a permis d'enregistrer 284 téléséismes. L'étude tomographique révèle l'existence de deux anomalies principales sous la marge dhofari : (1) Une anomalie lente crustale, limitée aux premiers 20 km, liée aux épais dépôts sédimentaires de la Plaine de Salalah ; (2) Une anomalie lente asthénosphérique, située entre 170 et 200 km de profondeur environ. En nous appuyant sur le modèle de Goes et al. (2000), nous avons montré que le ralentissement des rais dans cette zone pourrait être rattaché à des phénomènes de fusion partielle. Cette zone de matériel plus léger pourrait être la cause du soulèvement observé dans les séries sédimentaires. Cependant, l'imagerie sismique ne nous permet pas d'évaluer l'âge de la mise en place de ce matériel mantellique anormal sous la marge Nord du Dhofar. L'élargissement de notre zone d'étude ainsi que des analyses géologiques et géophysiques complémentaires sont indispensables pour pouvoir totalement corréler ou non ces deux observations.

Le plateau basaltique du Devès, situé dans la région du Velay, au sud du Massif Central oriental français, compte une dizaine de tourbières dont le contexte hydro-géomorphologique est original. Quatre d'entre elles ont été étudié dans ce travail : une vaste tourbière basse de maar, ainsi que trois petites tourbières basses de bassins. Les objectifs assignés à ce travail de recherche sont triples : - approfondir les connaissances écogéographiques sur les tourbières du domaine volcanique du Devès afin d'obtenir un évaluation générale de leur état de santé. - déterminer les impacts des interventions humaines sur ces sites afin de guider les opérations de gestion conservatoire actuelles et d'orienter les projets de restauration en cours. - acquérir des données paléoenvironnementales, afin d'appréhender les multiples changements qui ont rythmé l'histoire de ces tourbières et de leur environnement physique et humain ; se servir de ces données pour tenter de prévoir leur évolution à moyen terme. Au final, cette étude a permis de mieux comprendre le fonctionnement et la dynamique récente d'une tourbière de maar. Nous avons ainsi fait apparaître des dysfonctionnements sur le cas de la tourbière de Ribains et proposé une réflexion sur la gestion de ce site. Nous avons étudié les cas particuliers de trois tourbières basses du Nord Devès, inscrites dans des dépressions circulaires fermées. Ces tourbières, au contexte hydro géomorphologique original, ont révélé un fonctionnement et une dynamique très similaires. D'un point de vue paléo-environnemental nous avons dégagé dans le Devès deux périodes de mise en place des tourbières. Une première entre le Bølling et le début du Préboréal et une seconde à la charnière du Boréal et de l'Atlantique. Ces résultats renforcent les observations déjà faites dans le Massif Central oriental granitique.

Les techniques de diagraphies sont un moyen privilégié pour étudier les formations géologiques profondes, inaccessibles à l'observation directe. Elles mesurent en continu et in situ de nombreux paramètres pétrophysiques, ainsi que les concentrations en 7 éléments majeurs (Si, Ca, Fe, Al, S, K, Ti) et 3 éléments traces (U, Th et Gd). Une connaissance préalable des différents modes de fonctionnement des outils et de leur calibration permet d'évaluer la précision de la mesure. Celle-ci est surtout fonction des conditions de mesure (diamètre et rugosité du puits, vitesse de mesure). Lorsque les données sont de bonne qualité, les méthodes de classification multivariée, comme la méthode des nuées dynamiques ou le k-means, sont employées comme premier outil de visualisation des grandeurs mesurées par diagraphie. En parallèle ou en complément, à l'aide de méthodes d'inversion linéaire ou non-linéaire, il est possible de calculer une minéralogie en continu avec une précision suffisante pour être utilisée dans des modèles pétrophysiques et géologiques. Les zones de convergence de plaques lithosphériques sont des environnements géologiques instables, dans lesquels les techniques de diagraphie par cable, classiquement utilisée dans les forages scientifiques océaniques ou continentaux, ne permettent pas d'obtenir des données de bonne qualité. La nouvelle méthode de Logging-While-Drilling, ne laisse pas à l'environnement de mesure le temps de se déteriorer et donne une mesure utilisable. L'interprétation géologique, minéralogique et faciologique des données de diagraphies apportent des indications précieuses sur la dynamique sédimentaire, ainsi que sur les éventuelles transformations minéralogiques. Le caractère in situ de la mesure rend possible la modélisation de la dynamique des fluides ou de la variation et de l'orientation des champs de contrainte, dont les environnements étudiés sont souvent le siège.

Ce travail consiste en une étude paléontologique, taphonomique, paléoenvironnementale et paléoclimatique de l'avifaune de six sites du Pléistocène moyen et supérieur de l'Europe méditerranéene. Ces sites sont le Lazaret, Orgnac 3 (France), Arma delle Manie et Fate (Italie), Kalamakia (Grèce), Karain E (Turquie). L'étude paléontologique de l'avifaune du Lazaret a permis d'identifier deux espèces nouvelles par rapport aux listes aviaires précédentes : Sterna sandvicentis et Calidris alpina. L'étude des restes d'oiseaux des sites de Karain E et Kalamakia apporte des données inédites sur les avifaunes du Pléistocène de Turquie et de Grèce. L'étude taphonomique montre que, dans les sites étudiés, le pigeon et le chocard ont, majoritairement, une origine naturelle. Au Lazaret, un rapace nocturne a aussi participé à leur accumulation dans la grotte. Les Galliformes sont apportés par un rapace nocturne. L'intérêt des hommes pour le pigeon biset dans un but alimentaire est attesté dans la grotte du Lazaret. Sa consommation par l'homme devait néanmoins être minime.

Un des enjeux de la volcanologie réside dans la compréhension du fonctionnement du système de stockage et de transferts magmatiques associés aux éruptions. Au Piton de La Fournaise, cette étude est ici abordée par une analyse croisée des déformations, couplée à des modélisations numériques, et aux données géochimiques de la période 1998-2007. Au sein de cette activité, nous définissons, depuis 2000, un caractère cyclique ; chaque cycle est défini par une séquence d'éruptions sommitales et latérales terminées par une éruption distale à océanite. Ces éruptions successives sont caractérisées par des dykes s'initiant à des niveaux de plus en plus profonds et des laves de plus en plus primitives. Ces cycles durant lesquels l'inflation du cône est continue, pourraient témoigner d'une réalimentation continue du système de stockage superficiel. Ces résultats permettront dans le futur une meilleure prédiction de la localisation des éruptions, selon leur position dans un cycle d'activité.

Cette étude est basée sur la cartographie au 1I10.000° d'une partie du bord interne de la zone houillère briançonnaise à son contact (accident Modane-Chavière) avec la retombée occidentale de Vanoise méridionale (Briançonnaise interne). 1. On présente rapidement la stratigraphie de chacune des unités rencontrées: la couverture siliceuse permo-werfénienne de Vanoise méridionale; la partie supérieure du Paléozoïque de la zone houillère; la couverture mésozoïque briançonnaise des écailles jalonnant l'accident Modane-Chavière. 2. Les " Gneiss du Sapey ", intercalés au sein des formations permiennes du bord interne de la zone houillère, sont subdivisés en deux ensembles : les gneiss oeillés dérivent d'un matériel magmatique acide conservé en de rares reliques des granitoïdes; l'ensemble leptynitique dérive d'un matériel détritique dont certains niveaux ont subi, avant la rétromorphose alpine (faciès Schistes Verts), un métamorphisme de faciès amphibolite (paragenèse à disthène-staurotide-grenat). Le contact des " Gneiss du Sapey " sur les conglomérats stéphano-permiens est tectonique, et date d'un épisode antérieur au dépôt des sédiments néo-permiens. On propose que les " Gneiss du Sapey " sont un ensemble d'écailles, à matériel au moins " pro-parte" du socle, mises en place tangentiellement, à partir du bord oriental du bassin houiller briançonnais, lors de la phase saalienne. 3. Structure alpine On distingue cinq événements tectoniques: D0: charriage de la couverture briançonnaise sur la zone houillère; Dl : grands plis couchés synschisteux E-W déversés au Nord; 02: plis synschisteux subméridiens à vergence est, accompagnés de chevauchements, en particulier celui de l'accident Modane-Chavière; 03: plis NE-SW droits ou déversés au SE, accompagnés du rejeu sénestre de l'accident Modane-Chavière; 04: failles décrochantes, puis normales, découpant "édifice polyplissé.

La méthode de datation par les traces de fission de l'uranium s'est révélée unique dans le domaine de la thermochronologie par sa capacité à retracer l'histoire finale du refroidissement et dela dénudation de massifs métamorphiques comme de l'histoire thermique de formations sédimentaires ou la datation de certains matériels volcaniques. Dans ce travail, nous décrivons cette méthode et présentons un ensemble de techniques analytiques mises au point et de calibrations réalisées dans le but d'utilisations ultérieures en géologie. Nous discutons quelques exemples d'application. Dans les Alpes occidentales françaises, l'analyse des traces de fission sur apatites d'échantillons issus du granite des Sept Laux (massif de Belledonne), dans la vallée de l'Eau d'Olle, suggère que cette méthode pourrait apporter une contribution dans la discussion actuelle sur l'origine de certaines vallées alpines. Ainsi, l'ouverture de cette vallée pourrait être la conséquence d'un jeu de failles actives depuis le Miocène moyen jusqu'à l'actuel. La caractérisation par traces de fission des apatites détritiques de dépôts fluviaux pourrait éventuellement être utilisée pour l'étude d'éventuels phénomènes de captures liées à des changements de régimes tectoniques. Nous avons ainsi étudié les apatites d'un paléodelta situé dans la moyenne vallée de l'Isère au niveau du sillon subalpin et de deux vallées, celles de l'Arc et du Bréda, situées en amont. La distribution des âges traces de fission de ces minéraux n'a pas confirmé un modèle suggéré récemment, qui proposait que le paléodelta étudié pourrait être associé à un "paléo-Arc" plutôt qu'à un "paléo-Bréda". Dans la Meseta occidentale marocaine, trois massifs granitiques (massif de Sebt Brikiine, de Ras El Abiod et de Hjir El Bark) situés dans les Rehamna ont fait l'objet d'une étude thermochronologique. L' analyse des traces de fission dans les zircons et les apatites de ces granites montre qu'ils ont enregistré les grands évènements thermotectoniques ayant affecté la Meseta depuis l'ouverture de l'Océan Atlantique central. Nous montrons comment un modèle de simulation numérique récemment proposé (1994) pour l'analyse des traces de fission dans les apatites permet de préciser l 'histoire thermique des massifs considérés depuis le dernier refroidissement au-dessous d'environ l20°C des échantillons analysés. Dans des travaux effectués antérieurement à l'apparition de ce modèle, nous avons montré, d'une part, que les sédiments de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana avaient connu une période de réchauffement entre 250°C et moins de 60°C post-datant largement, de manière inattendue, son "balayage" par une dorsale océanique. D'autre part, dans l'Ile d'Elbe, nous avons apporté les premières données "traces de fission" sur l'histoire de refroidissement de la granodiorite de Monte Capanne. Par ailleurs, au début des années 90, la méthode des traces de fission manquait encore de bons échantillons de référence pour la datation des verres volcaniques. A La suggestion de la Sous Commission de Géochronologie de l'International Union ofGeological Sciences, nous avons étudié les macusanites, obsidiennes du SE péruvien. Les résultats de ce travail suggèrent qu'il faut considérer avec réserve ces verres volcaniques en tant que standards d'âge potentiels, même s'ils conservent une certaine valeur comme matériel d'intercalibration entre laboratoires.

Dans le cadre de la recherche d'eau de la vallée de la vallée du Bas Isser , des investigations géologiques,hydroclimatologiques, piézométriques, géochimiques ont été menés. Celles-ci sont rapportées dans ce travail.