L'évolution géodynamique néogène des Andes équatoriennes a été enregistrée dans les séquences sédimentaires syn-orogéniques qui se sont déposées dans les bassins d'avant-arc, sur la façade pacifique, dans les bassins intra-montagneux, à l'axe de la chaine, et dans le bassin d'avant-pays, sur le versant amazonien. Nous avons réalisé une analyse stratigraphique et structurale ainsi qu'une évaluation de la masse sédimentaire accumulée dans ces bassins, a partir de données de sismique, de forages et de campagnes de terrain. L'évolution néogène peut ainsi être divisée en quatre périodes : 1) au miocène inferieur (23-21 a 14-12 ma), les flux sédimentaires a dominante argileuse alimentent les bassins avant-arc de Manabi et Progreso. Leur activité tectonique et leur géométrie sont contrôlées par des décrochements dextres associes a l'obliquité de la subduction a la marge équatorienne. Aucun bassin n'existe à l'axe de la chaine. Le bassin flexural amazonien est le réceptacle de dépôts importants provenant du craton guayanais et de la cordillère orientale. 2) au miocène moyen terminal (14-12 a 10-9 ma) les bassins intramontagneux s'ouvrent en transtension dextre. Dans l'ensemble de l'avant-arc, les flux sédimentaires diminuent et le matériel dépose devient géeseux. 3) au miocène supérieur (10-9 ma a 5,3 ma) les cordillères occidentale et orientale se soulèvent. Les bassins intramontagneux sont inverses et se ferment en transpression dextre. Le bassin amazonien enregistre une subsidence flexurale. 4) du pliocène a l'actuel, la chaine équatorienne est dans sa phase orogénique majeure. L'érosion domine dans le domaine montagneux en surrection. La zone subandine est comprimée et soulevée, permettant la mise en place définitive du système de drainage amazonien actuel. L'entrée en subduction de la ride de Carnegie provoque l'émersion des bassins avant-arc de Manabi et Progreso. Le bassin du golfe de Guayaquil s'ouvre et enregistre les plus forts taux d'accumulation de masse du néogène.

Une étude paléomagnétique et structurale au nord du Chili met en évidence que le remplissage sédimentaire du bassin d'Atacama s'est accumulé dans un contexte compressif depuis le Crétacé Supérieur. Les données paléomagnétiques montrent des rotations horaires et suggèrent qu'une zone de cisaillement transpressif dextre NE-NNE a contrôlé les rotations pendant le Paléogène. Une étude de restauration en carte de la déformation des Andes Centrales indique que la formation de l'orocline est principalement associée à la déformation de la Cordillère Orientale. La variabilité spatiale et la grande quantité des rotations dans la marge chilienne suggèrent deux épisodes de rotation, un épisode de rotation dans l'avant arc au cours du Paléogène et une rotation globale de toute la marge pendant la déformation de la Cordillère Orientale. En conclusion les résultats de cette étude démontrent que la déformation compressive et les rotations tectoniques sont des éléments clef de la déformation Andine.

La croissance des reliefs et les flux sédimentaires associés à la dynamique des marges actives en subduction sont des processus encore mal connus. Les archives géologiques sont souvent difficiles d'accès ou bien simplement mal préservées à cause de déformations importantes. Le bassin avant arc d'Hawke Bay de la marge Hikurangi en Nouvelle-Zélande constitue un objet d'étude privilégié. En effet, il est peu déformé, partiellement émergé et actif pendant le Pléistocène, période au cours de laquelle l'âge des séries sédimentaires et certains facteurs comme le climat et l'eustatisme sont bien contraints. Une étude pluridisciplinaire, intégrant l'interprétation de données sismiques marines et terrestres, l'analyse de puits, de carottes et de coupes de terrain et l'observation des bassins versants a permis d'établir l'architecture stratigraphique à très haute résolution sur le dernier 1.1 Ma de ce domaine avant arc. Cette stratigraphie montre une organisation en un empilement complexe de 11 séquences de dépôt d'origine climato-eustatique (20, 40 et 100 ka) préservées dans des sous bassins contrôlés par les structures chevauchantes actives. Ces séquences sont caractérisées par des changements paléogéographiques profonds qui évoluent entre deux états extrêmes à chaque maximum glaciaire et optimum interglaciaire. Ainsi, le domaine avant arc d'Hawke Bay montre une segmentation en sous bassins isolés par des rides tectoniques émergeantes pendant les bas niveaux marins et submergées lors des hauts niveaux marins. Aux échelles de temps supérieures à 100 ka, ces structures actives sont à l'origine, dans chacun des bassins, d'une migration progressive vers l'arc des dépocentres des séquences sous l'influence combinée de la tectonique et la charge sédimentaire. Le calcul des volumes de sédiments préservés dans chacune des séquences de dépôt, depuis les sources les plus en amont jusqu'au pied des systèmes sédimentaires les plus profonds à l'aval, permet d'estimer des flux sédimentaires qui ont transité à travers le domaine avant arc au cours de Pléistocène supérieur. Ces flux varient de ~3 à ~6 Mt.a-1. Les variations de flux à long terme (100 ka à 1 Ma) correspondent à des changements de configuration tectonique (distribution de la déformation sur les structures) du domaine avant arc et traduisent la capacité des bassins à stocker des sédiments. Les variations enregistrées à plus court terme (<100 ka) sont corrélées aux importants changements climatiques Pléistocènes, qui modifient les taux d'érosion dans le bassin versant et par conséquent, le flux sédimentaire. Cette observation montre la forte sensibilité et réactivité du domaine amont aux variations environnementales, également illustrée par le doublement des valeurs de flux sédimentaires depuis l'arrivée des européens sur le territoire néo-zélandais au 18ème siècle et le déboisement intensif qui lui a succédé.

L'évolution géodynamique oligo-néogène de l' Altiplano au niveau du "Coude d'Arica", est caractérisée par déformation compressive et volcanisme importants. Dans la partie orientale de la chaîne (Bolivie), le raccourcissement est bien documentée (190-280 km), et il explique une croûte très épaisse (65 km). Dans la partie occidentale (Nord du Chili), cependant, l'histoire géologique n'est pas bien connue et est en partie controversée. L'étude de la région d'Arica, sur trois transects régionaux (au 1:50.000), permet de proposer un model représentatif d'évolution géodynamique pour l'Altiplano occidental. L'Oligocène (-35-26 Ma) est caractérisé par une sédimentation fluviatile, enregistrée dans la partie la plus profonde de la Dépression Centrale. Les dépôts, atteignant 500m d'épaisseur, recouvrent en discordance angulaire une surface d'érosion régionale peu accidentée. Ils sont poligéniques et proviennent de l'Est, de l'érosion d'une proto-Cordillère Occidentale. Ils sont affectés par des chevauchements subverticaux à vergence Ouest. L'Oligocène terminal-Miocène précoce (26-19 Ma) est une période intensive de volcanisme effusif et explosif. A l'Est (Cordillère Occidentale), l'arc volcanique est représenté par au maximum de 2.500 m d'andésites, dacites et ignimbrites rhyolitiques, intercalées de niveaux alluviales et lacustres. Cet arc, très actif, a été associé à la formation des caldeiras d'effondrement. A l'Ouest (Précordillère et Dépression Centrale), les dépôts d'avant-arc sont représentés par jusqu'à 1.000 m d'ignimbrites rhyolitiques (extra-caldeira), avec intercalations fluviatiles et lacustres. Dans la Cordillère de la Côte, une sédimentation alluviale oligo-miocène est enregistrée dans des bassins restreints (<200 fi d'épaisseur). Au cours de ce cycle, on ne note pas d'indices d'une activité tectonique importante, sauf un plissement faible dans la Cordillère Occidentale. Le Néogène (,...,18-0Ma) est caractérisé par un volcanisme andésito-dacitique, principalement effusif, développé dans la Cordillère Occidental avec un volume modeste par rapport à la période antèrieur. Ce volcanisme est accompagné d'une tectonique compressive importante associé à sédimentation fluviatile syntectonique relativement restreinte. La déformation est représentée par un système de plis et de chevauchements à vergence Ouest impliquant le socle, dont le raccourcissement minimum est estimé à 7 km. Cette déformation s'est développée surtout dans la partie ouest de la Cordillère Occidentale, entre 18 et 5 Ma avec des réactivations mineures pendant le Plio-Quaternaire. Ceci implique une vitesse de racourcissement horizontal, pendant le Néogene, de l'ordre de O,54km/Ma. Au niveau de la Dépression Centrale, pendant le Miocène, une sédimentation fluviatile et lacustre est représentée par au maximum de 350 m de dépôts volcanogéniques provenant de l'Est. Vers 12 Ma, la sédimentation fluviatile s'est arrêté et une surface de pédimentation régionale s'est mis en place. Postérieurement l'avant-arc a été affectée par une forte incision (atteignant 1.000 m) concentrée sur un petit nombre de vallées. L'événement coincide avec un important changement climatique qui a induit la désertification d'Atacama, accompagné d'une baisse eustatique (au maximum de 200 m). Pendant le Miocène supérieur-Quaternaire, cependant, la forte incision n'est pas expliquée seulement par effects exogènes. Un soulèvement majeur (-800 m) de l'avant-arc s'est donc produit. Le soulèvement et l'abrasion marine ont généré un abrupt côtier, tandis que dans les vallées incisées se sont déclenché d'importants glissements de terrain. La déformation contemporaine de l'avant-arc est localisée au niveau de failles et de plis flexures larges, associés à la propagation aveugle de chevauchements subverticaux avec des déplacements verticaux importants (jusqu'à 850 m) et des raccourcissements négligeables (jusqu'à 100 m). Le soulèvement de la Précordillère s'est produit entre 12 et 10 Ma, et il a été suivi d'un mega-glissement gravitaire. Les roches volcaniques oligo-néogènes d'Arica sont calco-alcalines fortement potassique, et leur composition varie peu au cours du temps. Cependant, on note un enrichissement croissant en éléments lithophiles, une participation de plus en plus importante du grenat comme phase résiduelle dans la croute inférieure, et une diminution relative du taux de fusion partiel dans la source mantélique. Par ailleurs, l'évolution structurale et le bilan érosion-sédimentation montrent que la Cordillère Occidentale d'Arica a été soulévée et soumise à l'érosion depuis l'Eocène. Au cours de la période considérée (Olîgo-Néogène), l'épaississement crustal de l'AltipIano occidental a donc été relativement lent par rapport à l'Altiplano oriental et non seulement liée à des processus tectoniques.

La marge sud péruvienne est située au niveau d’une zone majeure de subduction océan continent depuis au moins le Paleozoique inférieur. C’est dans ce cadre que s’est formé l’un des plus importants orogènes du monde : les Andes Centrales. En effet, l’épaisseur crustale y est >60 km et ce sur une importante surface. Cependant, on considère actuellement que ce surrépaississement a été acquis incrémentalement seulement depuis ~30 Ma. Dans le but de comprendre comment et quand ce surrépaississement est apparu, la majeure partie des études précédentes s’est focalisée sur l’évolution de l’arc magmatique et sur l’histoire de la déformation, du soulèvement et de l’érosion de la zone d’arrière arc. Cependant, l’évolution tectonique et thermique de l’avant arc reste mal connue bien que cette zone soit susceptible de bien enregistrer les changements liés à la dynamique de subduction.Cette thèse à pour objectif de mieux contraindre l’évolution thermique et les couplages entre les processus magmatiques, tectoniques et sédimentaires depuis 200 Ma dans l’avant-arcactuel du sud du Pérou. De nouvelles données géo-thermochronologiques couplées à une nouvelle carte tecto-stratigraphique éclaircissent l’évolution de la marge péruvienne depuis le Jurassique. Trois périodes clefs sont analysées dans ce mémoire : le début de l’épaississement crustal, les déformations de l’avant-arc associées à la formation de l’Orocline bolivien et l’épaississement crustal de l’orogène des Andes Centrales pendant le Néogène.Nous montrons que l’épaississement crustal a probablement commencé entre 90 et 50Ma après plus de 200 Ma d’amincissement, et ce a la faveur d’une évolution en trois étapes :croissance initiale (90-74 Ma), « flare-up » (74-62 Ma) et effondrement extensionnel (62-50Ma). L’extension a ensuite prédominé dans l’avant-arc tout en diminuant progressivement jusqu’à ~30 Ma. Par ailleurs, nous mettons en évidence d’importantes zones de faillesnormales orientées perpendiculairement à la marge sud-péruvienne et qui délimitent de grands blocs basculés vers le nord-ouest. Ces déformations révèlent une extension parallèle à l’orogène dans l’avant arc pendant le Paléogène, probablement due à la formation de l’Orocline bolivien par rotation antihoraire de blocs rigides. Enfin, les traits géomorphiques visibles dans la zone cotiere du sud du Pérou permettent de définir deux périodes de soulèvement de la surface (entre 23 et 10 Ma et depuis ~4.5 Ma), séparées par une période de subsidence (entre ~10 et ~4.5 Ma). La même chronologie ayant été décrite sur le versant Amazonien de l’orogène, nous proposons que cette évolution soit due à des variations à grande échelle de l’épaisseur crustale ; le soulèvement de la surface étant provoqué par addition à la croûte de magma d’origine mantellique et la subsidence par un flux de matériel crustal ductile depuis les zones précédemment sur-épaissies. / The southern Peruvian margin has been located above a major ocean-continentsubduction zone since at least the Early Paleozoic, resulting in the formation of one of thelargest orogens in the world: the Central Andes, where crustal thickness is >60 km over a largearea. This overthickening is currently thought to have occurred incrementally only during thelast 30 Ma. To understand how and when crustal overthickening was acquired, most of theprevious studies have focused on the magmatic arc evolution and on deformation, uplift anderosion history of the backarc. The tectono-thermal Cenozoic evolution of the forearc remainspoorly known, whereas it is a zone prone to recording changes in subduction dynamics.The objective of this dissertation is to address the thermal evolution and the couplingbetween magmatic, tectonic and sedimentary processes over the past 200 Ma in the presentdayforearc of southern Peru where the crust thickens from ~30 km along the coastline tomore than 60 km under the present-day volcanic arc. New geo- and thermochronological datacoupled to a novel geological map illuminate the evolution of the south Peruvian margin sincethe Jurassic. Three key periods of the margin evolution are addressed in this dissertation: theonset of crustal thickening, the deformations associated in the forearc with the formation ofthe Bolivian Orocline and the Neogene crustal thickening of the Central Andean orogen.We show that crustal thickening likely began between 90 and ~50 Ma after more than200 My of lithospheric thinning during a three step evolution of the magmatic arc as follows:growth (90-74 Ma), flare-up (74-62 Ma), extensional collapse (62-50 Ma). Extension prevailedin the forearc since then and waned until ~30 Ma. In addition, we evidence important normalfault zones striking perpendicular to the southern Peruvian margin that delineate largenorthwestward tilted blocks. This deformation reveals orogen parallel extension in the forearcduring the Paleogene likely due to the formation of the Bolivian Orocline by counterclockwiserotation of rigid blocks. Finally, geomorphic features in the coastal area of southern Perureveal two periods of surface uplift (~23 to 10 Ma and since ~4.5 Ma), separated by a period ofsurface subsidence (from ~10 to ~4.5 Ma). The same chronology has been described on theAmazonian side of the Central Andean orogen. We thus propose that this evolution is due tolarge-scale crustal thickness variations; surface uplift being triggered by addition of mantlederivedmagmas to the crust and subsidence by ductile flow away from the previouslyoverthickened crust.

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 zone d'étude correspond à la Péninsule de Mejillones (23ºS) et la zone de Caldera (27°S), au nord du Chili. L'objectif est de comprendre les relations entre la déformation cassante et le soulèvement de la côte depuis le Miocène, et de replacer ces déformations dans le contexte de la convergence entre la plaque de Nazca et la plaque d'Amérique du sud. Les analyses stratigraphiques et morphostratigraphiques permettent de déterminer les mouvements verticaux de la côte. Les datations des surfaces des cônes alluviaux par la méthode des cosmonucléides produit in-situ sont utilisées pour caractériser les processus climatiques et tectoniques du Pléistocène supérieur. Enfin, l'analyse des failles permet de calculer les directions d'extension et de compression. En conclusion on discute leur chronologie et le comportement sismique de la région.