La chaîne actuelle du Tian Shan (Asie centrale) est considérée comme une conséquence directe de la réactivation d'une ceinture orogénique du Paléozoïque due à la collision Inde-Asie, au Cénozoïque. Un travail détaillé a été réalisé le long du piémont nord de la chaîne en intégrant les observations géologiques de terrain, analyses structurales, profils sismiques, nouvelles mesures des anomalies gravimétriques et des données de forages. Tout d'abord cette étude apporte de nouvelles preuves directes, à différentes échelles, sur l'existence d'un paléo-relief majeur le long du front nord du Tian Shan au cours du Mésozoïque, et plus particulièrement pendant le Jurassique. Deuxièmement, la quantité de raccourcissement calculée à travers cette ceinture de plis et chevauchements nord du Tian Shan est relativement faible et les structures reconnues le long du front de la chaîne présentent une hétérogénéité latérale forte. Ainsi, alors qu’un chevauchement du socle paléozoïque sur les séries sédimentaires mésozoïques et cénozoïques du bassin est remarquablement exposé le long de certaines vallées, d'autres sections montrent que les séries sédimentaires du Trias au Jurassique peuvent être suivies de manière continue, depuis le bassin jusque sur le toit du socle Paléozoïque où ils reposent en discordance relativement haut dans la chaîne. Quatre coupes géologiques ont été construites par l'intégration des données pluridisciplinaires acquises. La restauration de ces coupes montre que les taux de raccourcissement sont inférieurs à 20% et peuvent descendre à un minimum de 6%. Ces observations suggèrent que le piémont nord du Tian Shan est plutôt «jeune» et que la chaîne d’avant pays est encore à un stade primaire de son évolution tectonique. En d'autres termes, le piémont nord du Tian Shan peut être considéré comme un exemple type de front de chaîne immature. / The modern Tian Shan (Central Asia) is considered as a direct consequence of the reactivation of a Paleozoic orogenic belt due to the India – Asia collision, during Cenozoic times. A detailed work has been investigated along the northern piedmont of Tian Shan, integrating the field work, structural analysis, seismic profile data, gravity anomaly measurements and drilled wells. Firstly, this study brings new and direct evidences, at different scales, for the existence of a major paleo-relief along the northern Tian Shan range during Mesozoic, and particularly during Jurassic times. Secondly, the calculated shortening amount in the northern piedmont of Tian Shan is rather small and the structural pattern of its front is heterogeneous along-strike. While, thrusting of the Paleozoic basement on the Mesozoic or Cenozoic sedimentary series of the basin is remarkably exposed along several river valleys, other sections display continuous Triassic to Jurassic sedimentary series from the basin to the range where they unconformably overlie on the Carboniferous basement. Four cross-sections are made by integrating multi-method data, showing that shortening amounts are less than 20% and could be even until to 6%. This suggests that the Tian Shan intracontinental range is rather “young” and still at a primary stage of its tectonic evolution. In other words, its front may be considered as a typical example of an immature range front.

La chaîne actuelle du Tian Shan (Asie centrale) est considérée comme une conséquence directe de la réactivation d'une ceinture orogénique du Paléozoïque due à la collision Inde-Asie, au Cénozoïque. Un travail détaillé a été réalisé le long du piémont nord de la chaîne en intégrant les observations géologiques de terrain, analyses structurales, profils sismiques, nouvelles mesures des anomalies gravimétriques et des données de forages. Tout d'abord cette étude apporte de nouvelles preuves directes, à différentes échelles, sur l'existence d'un paléo-relief majeur le long du front nord du Tian Shan au cours du Mésozoïque, et plus particulièrement pendant le Jurassique. Deuxièmement, la quantité de raccourcissement calculée à travers cette ceinture de plis et chevauchements nord du Tian Shan est relativement faible et les structures reconnues le long du front de la chaîne présentent une hétérogénéité latérale forte. Ainsi, alors qu'un chevauchement du socle paléozoïque sur les séries sédimentaires mésozoïques et cénozoïques du bassin est remarquablement exposé le long de certaines vallées, d'autres sections montrent que les séries sédimentaires du Trias au Jurassique peuvent être suivies de manière continue, depuis le bassin jusque sur le toit du socle Paléozoïque où ils reposent en discordance relativement haut dans la chaîne. Quatre coupes géologiques ont été construites par l'intégration des données pluridisciplinaires acquises. La restauration de ces coupes montre que les taux de raccourcissement sont inférieurs à 20% et peuvent descendre à un minimum de 6%. Ces observations suggèrent que le piémont nord du Tian Shan est plutôt "jeune" et que la chaîne d'avant pays est encore à un stade primaire de son évolution tectonique. En d'autres termes, le piémont nord du Tian Shan peut être considéré comme un exemple type de front de chaîne immature.

Cette thèse présente les résultats et conclusions issues d’une série de modèles analogiques de systèmes de compressif à différentes échelles : Les expériences réalisées à l’échelle crustale montrent que la symétrie de structures compressives, de type plis et chevauchements avec 3 niveaux de décollement, est fortement dépendante de la vitesse de sédimentation. Les résultats ont été appliqués au Subandin Bolivien. Les expériences réalisées à l’échelle lithosphérique simulent la subduction et l’extension arrière-arc dans un système subissant une compression parallèle à la marge continent-océan (COB). Ces modèles démontrent que la différence de densité entre les plaques continentales et océaniques est le paramètre clé pour expliquer l'extension arrière-arc: plus petite est la différence de densité, plus faible est l'extension produite. Les résultats ont été appliqués al ‘Anatolie. Enfin, ces modèles ont été utilisés pour tester la reproductibilité et les limites de la modélisation analogique. / This thesis presents the results and conclusions from a series of analogue modelling of deformation in compressive and subduction zones (crustal scale and lithospheric scale) : The experiments carried out at the crustal scale show that the symmetry of compressive structures, folds and trust belts with 3 levels of décollement is strongly dependent on the rate of sedimentation. The results were applied to the Subandin Bolivian. The experiments carried out at the lithospheric scale simulate subduction and back-arc extension in a system under compression parallel to the continent - ocean margin (COB). These models show that the density ratio between the continental and oceanic plates is the key factor to explain the back-arc extension: as smaller the difference in density is, less extension occurred. The results were applied to Anatolia. Finally, these models were used to test the reproducibility and limits for analog modeling.

Cette thèse présente les résultats et conclusions issues d'une série de modèles analogiques de systèmes de compressif à différentes échelles : Les expériences réalisées à l'échelle crustale montrent que la symétrie de structures compressives, de type plis et chevauchements avec 3 niveaux de décollement, est fortement dépendante de la vitesse de sédimentation. Les résultats ont été appliqués au Subandin Bolivien. Les expériences réalisées à l'échelle lithosphérique simulent la subduction et l'extension arrière-arc dans un système subissant une compression parallèle à la marge continent-océan (COB). Ces modèles démontrent que la différence de densité entre les plaques continentales et océaniques est le paramètre clé pour expliquer l'extension arrière-arc: plus petite est la différence de densité, plus faible est l'extension produite. Les résultats ont été appliqués al 'Anatolie. Enfin, ces modèles ont été utilisés pour tester la reproductibilité et les limites de la modélisation analogique.

La chaîne actuelle du Tian Shan (Asie centrale) est considérée comme une conséquence directe de la réactivation d'une ceinture orogénique du Paléozoïque due à la collision Inde-Asie, au Cénozoïque. Un travail détaillé a été réalisé le long du piémont nord de la chaîne en intégrant les observations géologiques de terrain, analyses structurales, profils sismiques, nouvelles mesures des anomalies gravimétriques et des données de forages. Tout d'abord cette étude apporte de nouvelles preuves directes, à différentes échelles, sur l'existence d'un paléo-relief majeur le long du front nord du Tian Shan au cours du Mésozoïque, et plus particulièrement pendant le Jurassique. Deuxièmement, la quantité de raccourcissement calculée à travers cette ceinture de plis et chevauchements nord du Tian Shan est relativement faible et les structures reconnues le long du front de la chaîne présentent une hétérogénéité latérale forte. Ainsi, alors qu'un chevauchement du socle paléozoïque sur les séries sédimentaires mésozoïques et cénozoïques du bassin est remarquablement exposé le long de certaines vallées, d'autres sections montrent que les séries sédimentaires du Trias au Jurassique peuvent être suivies de manière continue, depuis le bassin jusque sur le toit du socle Paléozoïque où ils reposent en discordance relativement haut dans la chaîne. Quatre coupes géologiques ont été construites par l'intégration des données pluridisciplinaires acquises. La restauration de ces coupes montre que les taux de raccourcissement sont inférieurs à 20% et peuvent descendre à un minimum de 6%. Ces observations suggèrent que le piémont nord du Tian Shan est plutôt «jeune» et que la chaîne d'avant pays est encore à un stade primaire de son évolution tectonique. En d'autres termes, le piémont nord du Tian Shan peut être considéré comme un exemple type de front de chaîne immature.

L'analyse des chevauchements à vergence opposée du secteur de la Sainte-Victoire (Provence) a permis de définir les modalités d'amortissement de systèmes chevauchants, principalement dans l'avant pays des chaînes de collision. Cette analyse s'est appuyée sur un grand nombre de données géologiques et géophysiques, et en particulier sur des données issues de profils sismiques réalisés pour cette étude. La construction de coupes géologiques équilibrées a permis d'intégrer au mieux l'ensemble des données de surface et de profondeur et de proposer un modèle géométrique et une cinématique cohérente. Le problème de la détermination des facteurs qui conditionnent l'apparition de l'une ou l'autre des vergences a ensuite été abordé par une approche mécanique (calcul de l'énergie minimale dissipée dans la déformation) et cinématique (comparaison avec des modèles analogiques). Les valeurs des paramètres mécaniques ont pu être calculées sur l'exemple d'inversion de vergence observée sur les coupes équilibrées. Il a été montré que dans le cas d'une série décollée sur un palier légèrement montant, un pro-chevauchement est plus économique, en terme d'énergie dépensée, qu'un rétro-chevauchement. Mais un basculement progressif vers l'arrière de l'ensemble socle/couverture qui affecte le pendage des rampes, conduit à faciliter le développement de rétro-chevauchement ; ce type de flexion progressive de l'avant-pays est classiquement observé dans les chaînes de collision. Ces rétro-chevauchements peuvent être aussi facilités par des gradients de vitesse de déplacement entre le bas et le haut de la série (rôle déterminant des conditions aux limites et de la cinématique des systèmes chevauchants .).

L' étude microtectonique se situe dans des chevauchements profonds pour deux raisons: il s'agit de chevauchements majeurs qui affectent une grande partie de l' écorce; à grande profondeur, la déformation et le comportement mécanique de roches sont assez homogènes. On peut donc appliquer les méthodes d' étude de la déformation plastique mises au point ces dernières années y compris la simulation informatique.

La chaîne alpine est un domaine à croûte épaissie pour lequel le déplacement imposé aux limites est absorbé alternativement par deux mécanismes de raccourcissement. Le premier correspond au glissement d'écailles crustales sur des discontinuités (déformation localisée) exprimé d'une part par des translations transversales à la chaîne (chevauchements), d'autre part, et de manière synchrone, par des rotations antihoraires (décrochevauchements longitudinaux). Le second correspond à une déformation interne généralisée des écailles et de l'avant-pays lorsque les glissements se bloquent. Le mécanisme de glissement, démontré par la structure discontinue de la croûte (superposition d'écailles contenant de la croûte inférieure et éventuellement du manteau supérieur), absorbe la plus grande partie du raccourcissement. L'évolution cinématique se décompose en trois grandes périodes : - Jusqu'à 37-38 Ma (Eocène) la croûte austro-alpine chevauche la marge européenne. - De 37-38 Ma à 21-22 Ma (Oligocène - Aquitanien) un chevauchement de la croûte pennique (avec le corps d'lvrea) sur la croûte delphino-helvétlque et un décrochevauchementdextre (rotation antihoraire de 18°) de l'austro-alpin par rapport au pennique, absorbent 150 à 200 km de raccourcissement. - De 21-22 Ma à l'Actuel (Miocène - Quaternaire), le chevauchement crustal des massifs cristallins externes et un décrochevauchement dextre (rotation antihoraire de 26-27°) du Pennique par rapport au Delphino-helvétique absorbent autour de 150 km de raccourcissement. Il se vérifie que ce modèle s'applique également aux déformations actuelles et permet d'intégrer aussi bIen les données sur la sismicité (mécanismes au foyer) que sur les mouvements verticaux (surrection actuelle). Le mécanisme de déformation interne est associe aux périodes qui font la transition (c'est à dire autour de 37-38 Ma et autour de 21-22 Ma) entre les périodes où les glissements dominent. Ces périodes dont la durée exacte reste à préciser sont à rapprocher des "phases tectoniques" classiques dont l'importance, en termes de raccourcissement crustal, apparaît ainsi bien moindre que dans l'approche traditionnelle.

Dans les regions orogéniques, l'accent a été très souvent mis sur la description des plis, des chevauchements et autres structures associées. Si les bassins avant-pays sont mieux documentés, en revanche, les autres structures flexurales liées au raccourcissement sont très peu décrites. De plus, les relations entre structures compressives, en général, et le processus d'érosionsédimentation ne sont quasiment pas abordées. Le but de ce travail consiste donc à chercher: 1) dans un contexte de raccourcissement horizontal et d'épaississement vertical de la croûte, les relations entre l'érosion-sédimentation et les structures compressives, 2) pourquoi les structures flexuralés (en particulier intrachaîne) sont si rarement décrites. Une série d'expériences analogiques de compression crustale et supracrustale ou lithosphérique nous a permis de faire de nombreuses observations. Un chevauchement mis en place, avec érosion au toit et sédimentation au mur, voit son activité se prolonger. Au cours de cette évolution synsédimentaire, le chevauchement acquiert une géométrie listrique de plus en plus accrue. Cette évolution peut aussi s'accompagner de la mise en place des structures chevauchantes secondaires où la propagation est très souvent rétrograde. Ces chevauchements peuvent limiter une structure flexurale sur une seule de ces bordures. ~a subsidence y est accentuée par la sédimentation et l'évolution de cette structure asymétrique (de type avant-pays) peut aboutir à un enfouissement profond des sédiments le long des chevauchants limitrophes. Les structures flexurales peuvent aussi se trouver limitées de part et d'autre par des chevauchements de vergences opposées et convergentes. On a ainsi, à chacune des bordures, une évolution proche de celle d'une structure d'avant-pays. Mais, dans ces conditions, en fonction de la distance entre failles opposées, les structures peuvent finir par se "suturer" en surface piégeant ainsi le bassin compressif (généralement intramontagneux) qui peut demeurer inconnu.

L'ensemble des travaux rassemblés dans ce mémoire contribue à la connaissance de l'orogène cadomien dans le Nord-Est du Massif Armoricain et en Manche Occidentale. Une double approche, géologique et géophysique est envisagée. Les principaux résultats obtenus sont les suivants: La structuration des terrains briovériens (Protérozoique supérieur) du Nord-Est du Massif Armoricain (Cotentin) résulte en grande partie de l'évolution tectonométamorphique cadomienne régie par le fonctionnement de grands chevauchements crustaux (à vergence nord et sud) synchrones de la mise en place des plutons dioritiques des Moulinets, de Jardeheu (batholite de La Hague), de Coutances et du granit\:: de la Cl,apelle du Fest (région de Coutances-Granville). L'évolution du métamorphisme définie par la construction d'un chemin Pression-Température-tempsdéfor mation traduit un contexte géodynamique de collision selon le processus : chevauchement -épaississement crustal- remontée - érosion. La modélisation des anomalies magnétiques, définissant en Manche Occidentale une suite de marqueurs linéaires d'orientation générale NE-SW, permet de préciser les paramètres (physiques et géométriques) des corps responsables des anomalies et montre l'existence d'un axe de divergence magnétique d'orientation N 70. Une interprétation de l'extrémité méridionale des profils de sismique réflexion profonde SWAT dans le Golfe normano-breton (SWAT 07-08-09-10) confirme l'existence de grands accidents crustaux assimilables à des chevauchements. L'étude tectonique et métamorphique des terrains briovériens de la presqu'île du Cotentin et les diverses signatures géophysiques (corps magnétiques à pendage nord et sud, existence de chevauchements synthétiques et antithétiques liés à la subduction cadomienne) sont compatibles avec une interprétation de l 'orogène cadomien en termes de tectonique des plaques. Le modèle proposé pour cette orogenèse "vieille de 600 Ma" se caractérise par une chaîne à double déversement.