Le but de ce travail est une tentative de reconstitution de l'évolution thermodynamique de la déformation d'une couverture sédimentaire Cette étude a porté sur la couverture sédimentaire des massifs cristallins externes alpins de Belledonne , des Grandes Rousses et du Pelvoux Deux régions ont été choisies : - le synclinal de Bourg d'Oisans entre les massifs du Taillefer ( extrémité sud de Belledonne) et des Grandes Rousses, entre les Sables et le col d'Ornon - les environs de La Grave du Massif du Pelvoux ( au sud) aux Grandes Rousses a l'ouest zone comprise entre le Pic du Mas de la Grave au nord et a l'est le Pic des Trois Evêchés . Les inclusions fluides étudiées ont été prises dans les minéraux de remplissage des fissures de la couverture sédimentaire et du socle proche de la limite socle-couverture

Ce mémoire pour l'habilitation à diriger des recherches dresse un bilan synthétique d'une partie de mon activité de recherche menée à l'Ecole des Mines de Paris depuis 1995. Il présente les principaux résultats du projet scientifique qui m'anime sur la dynamique des systèmes continentaux et évoque les différentes perspectives scientifiques tant fondamentales qu'appliquées qui y sont associées. Le mémoire comprend trois chapitres qui résument le cadre de la démarche, les principaux résultats et les perspectives de développements futurs. Le premier, bibliographique, présente les caractéristiques des plaines d'inondation en mettant l'accent sur les informations qui sont enregistrées par les paléosols : conditions de la pédogenèse, stabilité du paysage, signatures minéralogiques et géochimiques, place des sols dans l'analyse des séquences de dépôt. Le second illustre les résultats originaux des travaux conduits sur le Crétacé supérieur-Paléocène de Provence en insistant sur la pluridisciplinarité des approches (sédimentologie, minéralogie, paléomagnétisme, isotopes stables, éléments traces). Ces études ont conduit à l'établissement d'une stratigraphie fine corrélée avec l'échelle internationale (GPTS), d'identifier, à partir des signaux des isotopes stables des paléosols, des évènements particuliers tels la limite Crétacé-Tertiaire, l'évènement chaud de la fin du Paléocène. Sur le plan paléoenvironnemental et paléoclimatique, la combinaison de ces méthodes a permis de caractériser des périodes relativement arides se traduisant par des faciès spécifiques, dolocrètes phréatiques, et se corrèlent avec les fluctuations climatiques reconnues en milieu marin. Enfin sur le plan paléoécologique, la combinaison de l'analyse des sols avec celles des oeufs de dinosaures produit une vision originale du mode de vie de ces animaux et de la reconstruction des paléopaysages. Le troisième chapitre présente les perspectives d'études futures qui pourraient être développées à partir de ces résultats. Enfin, sont présentées la bibliographie et la notice de titres et travaux.

Monographie d'un secteur frontal du complexe des Schistes lustrés du Queyras (zone piémontaise), bordé à l'ouest par la zone briançonnaise. La zone étudiée est axée sur la haute vallée du Cristillan, affluent du Guil ; elle déborde au nord sur la vallée de l'Aigue Blanche et au sud sur la vallée de l'Ubaye.La cartographie détaillée, couplée à des relevés lithostratigraphiques et à une analyse structurale à toutes les échelles conduisent à identifier une pile de nappes replissées. Certaines nappes proviennent de l'océan, d'autres proviennent de la partie distale de sa marge européenne. Une étude microtectonique et pétrographique permet de reconstituer la succession des phases de déformation et leur lien avec le métamorphisme. Leur contribution à l'acquisition de la structure régionale complexe actuelle est détaillée.

1500 arthropodes ont été répertoriés dans les ambres médio-crétacés français. D'autres inclusions (des microorganismes) y aussi ont été trouvées. Les actinomycètes sont très diversifiés. La cyanobactérie Palaeocolteronema cenomanensis est le taxon le plus fréquent. Les eucaryotes (champignons, protistes végétaux et animaux) ont montré une diversité importante. Certains microorganismes ont été piégés sur les arbres, d'autres lors de la chute au sol de la résine ou lors de sa sécrétion par des racines. Le plus spectaculaire concerne la découverte de microfossiles marins, apportés dans la résine par une hausse du niveau marin ou par les embruns. Des liens trophiques complexes existaient dans la forêt fossile. Procaryotes, champignons et quelques arthropodes étaient saprotrophes. Amibes et ciliés étaient bactérivores. Certains acariens et coléoptères étaient fongivores. Divers diptères, hyménoptères, hétéroptères... étaient prédateurs, les chaînes trophiques étant dominées par les araignées.

Dans les Alpes Occidentales, la plupart des modèles cinématiques considèrent que depuis la fin du Crétacé, la convergence entre les plaques Adriatique et Européenne a été accomodée par des translations le long de décrochements et de l'épaississement crustal. Les rotations, difficiles à détecter, ont souvent été négligées. Cependant certains modèles les considèrent comme un mécanisme majeur de déformation au cours de l'édification de la chaîne alpine. Afin de tester ces modèles, nous avons mené une étude paléomagnétique sur l'ensemble de la zone briançonnaise de l'Arc Alpin Occidental. Le métamorphisme subi par cette zone durant la fin de l'Eocène et le début de l'Oligocène est responsable d'une réaimantation de l'aimantation rémanente naturelle (ARN). L'analyse de cette aimantation permet donc d'accéder à l'histoire post-métamorphique des zones internes. Près de 350 échantillons, répartis sur 37 sites échelonnés entre le massif du Grand Galibier au Nord et les Alpes Ligure au Sud Est, sont porteurs d'une composante d'aimantation caractéristique stable isolée entre 200° et 450°. Cette composante présente systématiquement une polarité inverse fortement déviée par rapport à la direction Oligocène pour l'Europe stable. Ces déviations augmentent de 47° à 117° du Nord au Sud. Nous les interprétons comme le résultat d'une rotation antihoraire des domaines internes par rapport à l'Europe stable. Cette étude paléomagnétique a été doublée d'une approche plus mécanique basée sur des expériences analogiques simples pour étudier l'influence potentielle de la rotation de la plaque Apulienne sur la mise en place de l'Arc Alpin Occidental. Les structures générées par une plaque tournante basale sous une épaisseur de sable donnée, suggèrent que la rotation antihoraire pourrait être une des conditions aux limites majeure contrôlant l'évolution tardive de l'arc. La complémentarité des deux études permet de proposer un modèle cinématique global pour la mise en place tardive (post-Oligocène) de l'arc Alpin Occidental et apporte des éléments de réponse aux apparentes contradictions qui règnent entre contrainte et déformations actuelles. Les rotations permettraient d'expliquer en particulier pourquoi la chaîne Alpine est toujours active sismiquement alors que les données GPS n'indiquent pas de convergence significative entre Lyon et Turin.

L'utilisation de la technique K-Ar Cassignol-Gillot nous a permis de définir les limites temporelles du volcanisme effusif sub-aérien de l'île de Basse-Terre (Guadeloupe) et de préciser les périodes d'activité des quatre principaux massifs constituant l'île, jusque-là mal contraintes. Le Complexe Basal [2,79 ± 0,04 - 2,68 ± 0,04 Ma], la Chaîne Septentrionale [1,81 ± 0,03 - 1,15 ± 0,02 Ma], la Chaîne Axiale [1023 ± 25 - 435 ± 8 ka] et le complexe récent de la Grande-Découverte [205 ± 28 - actuel] illustrent la migration du volcanisme à Basse-Terre depuis 3 Ma suivant une direction principale Nord-Sud et une vitesse moyenne de l'ordre de 20 km/Ma. Nous proposons que les principales directions d'extraction des magmas soient contrôlées par les systèmes de graben E-W et failles normales en échelon NW-SE affectant l'archipel de la Guadeloupe. Les taux d'extrusion, calculés sur la base d'observations et modélisations morphologiques sont compris entre 1,4 10-5 (Complexe Basal) et 4,5 10-4 km3/yr (Chaîne Axiale). Les principales périodes d'activité du complexe le plus récent de l'île ont été déterminées. Le complexe de Trois-Rivières - Madeleine, situé au sud du volcan de la Grande-Découverte, est contraint entre 87 ± 5 ka et l'actuel. C'est la première fois que des âges K-Ar sont réalisés dans cette zone. Ils démontrent que les diverses phases d'activité effusive de ce complexe sont contemporaines de celles du volcan de la Grande-Découverte. Les coulées de Trois-Rivières (87 ± 5 ka) puis la mise en place de l'alignement E-W du dôme de la Madeleine et des coulées du Palmiste entre 70 et 45 ka permettent de dater une phase de propagation du rift de Marie-Galante. La reconnaissance et la datation de coulées jeunes < 10 ka dans l'environnement du dôme de la Madeleine permettent d'étendre la zone d'activité volcanique actuelle à l'extrémité sud de l'île. De fait, ceci nous conduit à considérer l'aléa volcanique dans une zone qui n'est plus restreinte uniquement au dôme de la Soufrière et à son voisinage immédiat, mais à l'étendre jusqu'au sud de l'île dans la zone du massif de La Madeleine - Trois-Rivières. Enfin, des phénomènes d'effondrements de flancs majeurs, ont pu être datés sur les îles de Basse-Terre (640 et 550 ka), La Dominique (100 ka), Martinique (330 ka) et Sainte-Lucie (100 ka), et nous proposons une relation causale entre la récurrence de ces phénomènes catastrophiques et les changements climatiques globaux.

La région du Haut Vénéon, objet de cette étude, est située dans la partie septentrionale du massif du Pelvoux, qui est l'un des massifs cristallins externes des Alpes occidentales. Les principaux événements métamorphiques et magmatiques sont les suivants, par ordre chronologique croissant : - Métamorphisme blastomylonitique antéhercynien se traduisant notamment par la cataclase de* minéraux relictuels (plagioclase antiperthitique, hornblende brune, grenat "pyrope", sillimanite prismatique, disthène) et la blastèse de quartz sous forme de séries de plaquettes soulignant la schistosité blastomylonitique. Les conditions approchées de ce métamorphisme sont estimées par A. PECHER, 1970 P s = 6, 5 à 8, 5 kb ; PH20 = 2 à 4 kb ; T = 600 à 650° C. - Epanchements régionaux de laves basiques (futures amphibolites). - Métamorphisme "principal", régional, à biotite-grenat-sillimanite fibreuse-cordiérite, auquel est associée une mobilisation régionale. Les conditions de ce métamorphisme " hercynien " de faciès amphibolite supérieur sont ainsi déterminées: T = 660° C ± 30°C; PH20 = 3,7 à 6,1 kb avec Ps >=PH20 -Filons rhyolitiques et granites intrusifs hercyniens (datés dans tout le massif par géochronologie), suivis de leurs cortèges aplo-pegmatitiques et de lamprophyres. - Dépôts houillers, triasiques et liasiques. - Métamorphisme post-liasique lié à la schistosité affectant le socle où ils donnent en particulier les "gneiss ocellaires" et les "granites écrasés", et la couverture sédimentaire principalement liasique. Les recristallisations de quartz, de plagioclase en cristaux hexagonaux granulés, de biotite à pléochroïsme de brun délavé à brun sombre, de chlorite, de séricite, d'épidote témoignent d'un métamorphisme de faciès schistes verts supérieur. - Métamorphisme post-oligocène à prehnite - pumpellyite - Filons de quartz -épidote - Métamorphisme à laumonite-analcime Du point de vue tectonique des déformations continues et discontinues se surimposent à ces événements métamorphiques et magmatiques .Leur axe de raccourcissement maximal est tantôt d'orientation est - ouest, tantôt d'orientation nord- sud. Nous noterons notamment les plis ouverts anté-mobilisat d'amplitude régionale, d'axe nord - sud. Ils sont tordus à l"alpin" par une grande virgation d'amplitude régionale (N 20 à N 150). Celle-ci se décompose dans certains secteurs en des suites de petites virgations, d'amplitude kilométrique,à concavité tournée alternativement vers l'Ouest ou vers l'Est. Elles sont liées à de grands décrochements : dextres orientés N 40 et senestres orientés N 130. Toutes ces virgations affectent notamment la schistosité "alpine" qui a affecté le sédimentaire (surtout le Lias) pincé dans le socle et le cristallin (principalement "gneiss ocellaires" et "granites écrasés"). Deux grands domaines structuraux sont individualisés. Ils sont schématiquement séparés par l'importante faille de décrochement en relais "N 40" Arias - Mariande - Plat de la Selle (cL carte structurale en conclusion). Le sec teur septentrional est tectoniquement très perturbé. C'est une grande zone de faiblesse du socle. Elle a "joué" à plusieurs reprises : schistosité anté-mobilisat des blastomylonites et schistosité "alpine" des " gneiss ocellaires " et des 'granites écrasés'. Ces schistosités sont affectées par le système de décrochements "N 40" et "N 130", et par la famille de failles senestres d'orientation nord-sud. Le secteur méridional est "calme". Les plis anté mobilisat et la concentration du mobilisat à la base des amphibolites sont notamment aisément identifiables.

Ce travail s'inscrit dans le cadre de l'étude de la naissance et de l'évolution de la Tethys mésozoïque et de sa marge continentale européenne. Il concerne les effets de la période pré-océanique (Trias) et ceux de la transition au rifting (Lias inférieur), observables dans les sédiments de la bordure occidentale du Pelvoux. L'analyse des sédiments triasiques et liasiques a permis de distinguer les formations successives suivantes : 1 à 4 Trias : 1) Grès de base peu épais, ils proviennent de l'altération du cris tallin sous-jacent. 2) Formation carbonatée médiane (20 m environ), : bancs dolomitiques (parfois calcaires). La présence de pseudomorphoses de nodules d'anhydrite et de cristaux de gypse, de fentes de dessication, de bioturbations etc. indique un dépôt en milieu lagunaire supratidal, à tendance réductrice et sans courants importants. Elle est datée de la limite Trias moyen - Trias supérieur 3) Formation des schistes noirs (1 à la m) : ce sont des dépôts détritiques fins ne présentant pas de stratifications entrecroisées, associés à de petits bancs dolomitiques dépôt dans des lacs de faible profondeur. 4) Formation argilo-carbonatée supérieure (10 à 60 m , y compris les coulées spilitiques) : alternance d'argilites rouges ou vertes et de bancs dolomitiques et/ou calcaires. On y observe des intercalations de coulées spilitiques, remplaçant même tous les sédiments vers le haut de la formation. La présence de nodules dolomitiques, de couleurs de marmorisation, dans les argilites , de fentes de dessication et de laminations algaires, dans les dolomies ou les calcaires indique un domaine de sédimentation supratidal composé d'une juxtaposition de zones faiblement immergées avec ou sans courant et de zones émergées. 5-6 LIAS 5) Hettangien inférieur (ou Rhétien?) : 0 à 15 m ; alternance de calcaires souvent lumachelliques et de marnes ou d'argilites vertes: milieu de sédimentation variant d'un domaine intertidal marin ouvert à supratidal. Hettangien supérieur : Calcaires bioclastiques en bancs demi-métriques : milieu de sedimentation dans un domaine subtidal marin ouvert. 6) Sinémurien : alternance bien réglée de bancs décimétriques de marnes et de calcaires de type mudstone : ils se sont déposés en milieu marin franc et indiquent un approfondissement du bassin de sédimentation. La cartographie et la mise en évidence de variations lithologiques entre les coupes ont permis de reconstituer l'histoire tectono-sédimentairë suivante : 1) les premiers dépôts triasiques moulent une paléotopographie anté-triasique composée de petits reliefs ne dépassant pas une quinzaine de mètres de dénivelée. 2) la tectonique triasique elle-même se manifeste essentiellement entre le début du dépôt de la formation 4 et l'Hettangien inférieur. C'est une tectonique distensive qui crée un réseau de failles normales*à faibles rejets, d'orientation subméridienne et N 65°-70°. Localement, on observe, centré sur un petit paléograben déterminé par des failles subméridiennes, un olistolithe intratriasique. Ailleurs, on a pu mettre en évidence un léger basculement du substratum. Enfin cette tectonique est immédiatement suivie par la mise en place de coulées volcaniques. Celles-ci cicatrisent, au Norien-Rhétien et à l'Hettangien inférieur, les structures triasiques. 3) Après une période d'érosion peu intense, la mer hettangienne envahit progressivement toute la région étudiée. La tectonique liasique se manifeste dès cette époque. Elle est distensive et est responsable de la subsidence, notamment de l'approfondissement brutal du bassin de sédimentation vers la limite Hettangien-Sinémurien. Elle donne naissance à des failles normales d'orientation grossièrement N-S qui sont associées à des basculements synsédimentaires du substratum et à la mise en place d'olistolithes. L'amplitude des mouvements verticaux est plus importante au Lias qu'au Trias .

Une étude structurale systématique , appuyée sur un lever au 1/10 000e entre Névache et la ligne de partage des eaux Arc/Durance (crête Thabor-Rochilles) a permis de mettre en évidence les déformations superposées suivantes: 1/ Schistosité ancienne, discrète et souvent invisible autrement qu'au microscope. Elle fait toujours un angle faible avec So et l'on peut, pour cette raison envisager qu'elle résulte d'une déformation par cisaillement de la pile des couches lors des charriages briançonnais principaux. Toutefois, aucun accident de chevauchement parfaitement caractérisé n'a été rencontré dans ce secteur. 2/ Structures principales: plis hectométriques avec nombreux replis parasites décamétriques, associés au développement d'une schistosité régionale, à pendage W, largement prédominant, plus ou moins serrée suivant les niveaux lithologiques. Ces plis à tendance isoclinale, sont relativement serrés (500 m d'espacement moyen entre les plans axiaux majeurs) et ont des rapports dysharmoniques avec les plis plus ouverts et plus lâches affectant le Mésozoïque. Leurs plans axiaux sont subverticaux dans les secteurs les plus profonds (vallée et rive ouest de la haute Clarée) mais deviennent tout progressivement de plus en plus déversés à l'Est dans la partie haute de l'édifice (crêtes au N de Névache). Cet accroissement du déversement est dû à un ploiement d'ensemble tardif, dit phénomène de "surdéversement", qui s'accompagne d'un cisaillement d'ensemble d' W en E des parties hautes de la zone briançonnaise par rapport à ses parties basses. Ces structures sont à rapporter au "rétrocharriage" des auteurs. 3/ Structures synschisteuses, liées à un cisaillement de sens opposé (transport relatif vers l 'W des parties hautes): plis ouverts décimétriques à métriques, à plans axiaux marqués par une schistosité de crénulation moyennement pentée vers l 'E., fréquents dans les formations permiennes à lithologie peu contrastée mais absents ou représentés de façon douteuse dans les alternances schistogréseuses du Houiller. Ces structures synschisteuses tardives sont particulières à notre secteur d'étude et sont uniquement visibles dans la formation stéphano-permienne du massif de Rochilles - Roche Chateau. Ces phases de déformation synschisteuses plicatives ont toutes une direction subméridienne N 150° à N 175°. 4/ Fractures tardives qui sont successivement subméridiennes (faisceau de la Clarée), puis N 110°; elles s'organisent en couloir de cisaillement à décrochements sénestres avec leurs fractures conjuguées de Riedel (familles de failles du Lautaret). Ajoutons enfin l'existence de bombements tardifs N 70° à N 80° attribuables aux réajustements isostasiques fréquents dans les Alpes occidentales. En dépit d'une disposition évoquant de prime abord " l'éventail Briançonnais ", naguère classique, les caractères structuraux observés permettent donc d'étendre au Paléozoïque de ce secteur du Briançonnais les principales conclusions obtenues, plus au S au niveau du Mésozoïque concernant l'origine polyphasée de ce dispositif et l'enchainement chronologique des déformations qui l'ont engendré. Le métamorphisme régional alpin HP/BT à prehnite-pumpellyite et accessoirement lawsonite ne peut être raccordé avec certitude à la phase tectonique ancienne. Il est en tout cas probable qu'il débute à cette époque, sans qu'il soit possible de savoir s'il se poursuit pendant les autres phases synschisteuses. L'étude lithostratigraphique de la série houillère n'a pas permis d'établir une chronostratigraphie plus précise que celle établie antérieurement , on a seulement pu confirmer l'âge Westphalien C du Houiller, rive gauche de la Clarée. L'analyse sédimentaire montre que les dépôts houillers correspondent à une sédimentation de plate-forme littorale alimentée par un lacis de chenaux divaguants. Cette sédimentation rythmique présente, en définitive, toutes les caractéristiques d'un faciès "Molasse" sans toutefois montrer des dépôts marins calcaires. Au Stéphano-Permien les termes lithologiques deviennent diversifiés hétérogènes et témoignent l'indice de mouvements tectoniques synchrones des dépôts (discordance Dl, D2, etc.) ou post -dépôts (réduction rapide vers le Sud) de la série permienne. Au Stéphano-Permien on observe un changement des conditions paléogéographiques qui deviennent proches d'un milieu deltaïque à torrentiel. Ce travail a permis en outre d'établir un lever précis au 1/10 000e de la zone houillère briançonnaise au Nord de Névache et jusqu'à la limite de partage des eaux Arc/Durance (environ 72 km2).

La méthode de datation par les Traces de Fission (TF) sur apatite, géothermomètre sensible aux faibles températures "150°C) s'est révélée être un outil efficace dans l'étude de l'histoire thermique des roches. Elle permet de contribuer à l'établissement d'une thermochronologie des évènements tectoniques (soulèvement, dénudation, basculement des blocs, etc ... ) survenus dans une région donnée, d'apporter de nouvelles contraintes dans l'interprétation des données géologiques et géophysiques connues, et dans une certaine mesure, d'évaluer des taux apparents de dénudation et d'estimer des paléo-gradients géothermiques. La méthode des traces de fission sur apatite est alors susceptible de fournir des renseignements précieux dans des cadres géologiques divers, où les phénomènes géodynamiques peuvent être liés aussi bien à des zones de divergence de plaques litho sphériques qu'à des zones de convergence. Ainsi, à partir des potentialités d'une même méthodologie (méthode des traces de fission), nous nous sommes proposés d'apporter des données nouvelles d'ordre thermo chronologiques dans deux contextes géologiques différents: une marge continentale passive (dôme de Ponta Grossa, Sud-Est du Brésil) et une chaîne de collision (massif de Belledonne, Alpes occidentales Françaises). Ce mémoire est subdivisé en deux parties principales, soit quatre chapitres. Dans le premier chapitre, nous avons tout d'abord présenté les principes généraux de la méthode des traces de fission: les mécanismes susceptibles de créer des traces de fission, les détecteurs solides capables de les enregistrer, les paramètres intervenant sur leur stabilité ainsi que la technique utilisée pour les rendre visibles au microscope optique. Nous avons ensuite rappelé les principes de la datation par TF, sa mise en équation, les modes d'acquisition et de traitement des données, ses domaines d'application et enfin différents modèles permettant d'attribuer aux âges apparents TF une signification géologique. Le deuxième chapitre est consacré à l'exposé des différentes procédures analytiques utilisées dans notre laboratoire, de nos résultats sur la calibration d'une position d'irradiation en réacteur nucléaire ainsi que sur la détermination des paramètres de l'équation d'âge dépendants des conditions opérationnelles adoptées (facteur de géométrie "g" et "zeta"). Le troisième chapitre, est quant à lui dédié à l'application de la méthode des traces de fission à une marge continentale passive. Nous y exposons la contribution de la méthode à la compréhension de l'histoire thermochronologique des roches du socle du dôme de Ponta Grossa et l'implication avec les phénomènes tectoniques de la région. Le quatrième et dernier chapitre, porte sur l'utilisation de la méthode des traces de fission sur apatite dans le cadre de l'étude d'une chaîne de collision. De l'analyse des résultats obtenus sur les roches métamorphiques du massif de Belledonne, nous avons proposé, à partir de nos dormées Traces de Fission sur apatite, un certaine nombre de contraintes pour l' histoire du refroidissement de la région étudiée et son implication avec le contexte tectonique.