Ce travail de thèse a pour but de mieux documenter les processus majeurs qui ont lieu lors de la collision alpine : le raccourcissement crustal, l'évolution thermique et les circulations de fluides. La première partie de ce travail apporte de nouvelles données thermo-chronologiques U-Th-Sm/He sur zircon (ZHe) et RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material, Tmax) sur le massif des Aiguilles Rouges. Ces données sont intégrées à l'histoire thermique de ces massifs et utilisées pour contraindre l'évolution structurale de la marge dauphinoise proximale lors de son inversion. La seconde partie de ce travail consiste en la mise au point d'une nouvelle méthode de restauration des coupes qui ont subi de fortes déformations ductiles. Le travail de terrain a de plus permis de définir le cadre structural et microstructural de l'étude des circulations de fluides à l'interface entre socle et couverture dans ces mêmes bassins du massif de l'Oisans. Les données géochimiques (isotopie, microthermométrie des inclusions fluides, éléments traces) montrent que des fluides (en faible quantité) dérivés du socle ont percolé à la base de la couverture dès l'initiation du raccourcissement collisionnel. Ces résultats permettent de proposer un modèle conceptuel d'évolution des circulations de fluides à l'échelle des massifs cristallins externes alpins. Dans une dernière partie, la modélisation thermomécanique de l'inversion de bassins hérités montre que la profondeur d'enfouissement tectonique joue un rôle primordial dans le style d'inversion des bassins. L'ensemble des résultats sont intégrés dans un modèle d'inversion collisionnelle de la marge européenne. / This work aims at better documenting and understanding major processes that occur during Alpine collision, such as crustal shortening, thermal evolution and fluid circulations. In the first part of the work, we provide new U-Th-Sm/He on zircon (ZHe) thermochronological data and new RSCM (Raman Spectroscopy on Carbonaceous Material) data for the Aiguilles Rouges. These data are integrated into the thermal histories of these massifs and used to constrain the structural evolution of the proximal Dauphinois margin during its collisional inversion. The second part of the work consists of the development of a new methodology to balance cross-sections where rocks were ductilely deformed. Finite deformation of the metasedimentary cover of the Oisans basins is used to constrain shortening. Fieldwork allowed us to define the structural and microstructural setting for the study of fluid circulations close to the basement/cover interface in the very same basins. Geochemical analyses (stable isotopes, microthermometry of fluid inclusions and trace elements) highlight that small amount of basement-derived fluids percolated into the cover as soon as the onset of collisional shortening. Those results are gathered into a conceptual model of evolution of fluid circulation through time and progressive deformation at the scale of the entire ECM. In the last part, thermomechanical modeling of inversion of inherited extensional basins show that tectonic burial is a major parameter controlling basin inversion style. Finally, all those new results are integrated into a scenario of the inversion of the European margin during Alpine collision.

Dans la première partie de cette thèse, une simulation numérique 2D de la formation des structures chevauchantes est proposée. Elle repose sur les hypothèses des coupes équilibrées (conservation du volume dans le plan de coupe parallèle à la direction de transport) avec un plissement isopaque. Chaque coupe équilibrée est construite directement à partir de la géométrie initiale des chevauchements, du raccourcissement et de la cinématique des chevauchement. Ces paramètres initiaux du calcul sont ensuite modifiés par essai et erreur de façon à ajuster la géométrie finale calculée sur les observations géologiques. L'application informatique de ces hypothèses a été rendue possible par l'écriture d'un programme appelé CICERON. Ce modèle permet de simuler des déplacements importants le long de discontinuités cinématiques. Il a été utilisé sur deux types de structures impliquant: 1) seulement la couverture sédimentaire (Jura, Appalaches, prisme de la Barbade); 2) à la fois le socle et la couverture sédimentaire (Appenin du Sud). Dans la deuxième partie de cette thèse, l'évolution de la température pendant la formation d'une structure chevauchante est simulée numériquement grâce avec la méthode des éléments finis. A chaque incrément de déplacement sur le chevauchement, le maillage calculé par le mailleur MODULEF s'appuie sur les géométries fournies par le programme CICERON. L'étude détaillée des résultats de cette modélisation thermique montre que les transferts horizontaux conductifs de chaleur sont importants et accélèrent la mise à l'équilibre thermique de telles structures.

Cette thèse a pour but de contribuer à l’étude des aquifères karstiques en (1) identifiant les facteurs influençants le stockage et l’écoulement de l’eau souterraine et en (2) localisant et estimant de manière quantitative les ressources en eau au sein d’une série carbonatée. Cette étude a été réalisée sur l’aquifère de Dardennes, près de Toulon, en France. L’eau de l’aquifère est utilisée pour l’alimentation en eau potable et alimente le fleuve Las, susceptible de provoquer de fortes crues. Le bassin versant de l’aquifère est estimé à 70 km². Des mesures de porosité et de géochimie isotopique sur les roches carbonatées sont mises en relation dans le but de localiser et d’expliquer les vides créés au sein de la série sédimentaire. Des coupes équilibrées et des analyses structurales ont été réalisées pour évaluer la géométrie de l’aquifère. L’acquisition de données en continu (CTD) et de données hydrochimiques permet d’étudier le dynamisme et le fonctionnement de l'aquifère. Une approche de modélisation pluie-débit avec la plateforme de modélisation KarstMod, basée sur les chroniques de précipitations et de débits sur trois années a été utilisée afin d’estimer la part de l’écoulement disponible pour l’eau potable et celle générant des crues éclair. Une déconvolution du débit des sources a été effectuée à l’échelle annuelle et à l’échelle des crues. Les résultats du modèle ont été comparés avec la gestion actuelle de l’aquifère, montrant une exploitation actuelle équilibrée, et ouvrant des perspectives pour la mise en place d’une gestion active, combinant une exploitation plus importante de l’eau, un écrêtage des crues et un respect de l’écologie du cours d’eau en aval. / The aim of this PhD is to contribute to the karst aquifers understanding by (1) identifying the factors influencing the groundwater storage and flow and by (2) locating and quantitatively estimating water resources within the carbonate sedimentary series. This study was conducted on the Dardennes aquifer near Toulon, France. The aquifer water is used for the supply of drinking water and feeds the Las River, which can cause important floods. The recharge area of the aquifer is estimated at 70 km². Measurements of porosity and isotopic geochemistry on carbonate rocks are related in order to locate and explain the voids created within the sedimentary series. Balanced cross-sections and structural analyses were performed to evaluate the geometry of the aquifer at depth. Continuous data acquisition (specific conductivity, temperature and water depth-pressure) and hydrochemical data (major ions, stables isotopes of water and carbon-13) allow to study the aquifer dynamism and functioning. A daily rainfall-discharge modeling approach was used with the KarstMod platform to estimate the flow part available for drinking water and the part that generates karst flash-floods. A hydrograph separation of springs discharge was carried out at annual and floods scales. Model results have been compared with the current groundwater management, showing a balanced current exploitation. In new perspective, it would be interesting to establish active management, combining a greater groundwater exploitation, floods mitigation and stream ecology respect.

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.

Les signatures de la subduction de la ride de Nazca s'expriment sur le flanc est des Andes péruviennes: l'Arche de Fitzcarrald en est la réponse topographique dans le bassin d'avant-pays amazonien. La subduction horizontale de la ride de Nazca perturbe la flexion de la lithosphère sud-américaine depuis ~4 Ma. Ce soulèvement est responsable de la configuration N-S actuelle, foredeep-foreslope-foredeep, du bassin amazonien. L'élaboration de modèles analogiques lithosphériques adaptés au contexte régional de l'étude a permis de comprendre les effets de la subduction d'un plateau océanique sur la plaque continentale chevauchante: i) le processus de la subduction horizontale requiert la subduction de plusieurs centaines de kilomètres de plateau; ii) la subduction horizontale augmente la friction interplaque et iii) s'accompagne de mouvements verticaux dans la plaque chevauchante, liés à son raccourcissement et à la flottabilité du plateau. L'architecture structurale du prisme orogénique andin au toit de l'Arche de Fitzcarrald correspond à deux prismes tectoniques superposés: un inférieur hérité de chevauchements carbonifères et un autre supérieur, la zone subandine, structuré par une tectonique de chevauchements de couverture. L'évolution structurale du système est liée aux variations d'épaisseur de la pile sédimentaire paléozoïque. Ce contrôle paléogéographique est marqué par le développement d'une zone de transfert héritée de la bordure nord du bassin paléozoïque. Les données de traces de fission sur apatites suggèrent une exhumation de cette région à ~110 Ma, liée à l'ouverture de l'Atlantique sud. La propagation des chevauchements au sud de la zone de transfert, est enregistrée à partir de ~6 Ma par les thermochronomètres remis à zéro par enfouissement lors du stade flexural du bassin de Camisea. Cependant, le sous-placage de la ride de Nazca ne semble pas avoir d'influence sur la déformation subandine à courte longueur d'onde.

L’architecture structurale et l’évolution du bassin d’avant-pays Pyrénéo-Alpin de Provence sont contrôlées par des failles profondes héritées du rifting de Gondwana au cours du Permo-Trias, par des variations d’épaisseur de la pile sédimentaire mésozoïque et par l'alternance d’évènements tectoniques compressifs et extensifs qui ont affecté la zone depuis la fin du Paléozoïque. La construction de deux coupes équilibrées d’échelle régionale (~150 km) montre que le style tectonique de l’avant-pays provençal est dominé par une tectonique de socle en Provence orientale et par une tectonique de couverture en Provence occidentale, associé avec du diapirisme dans les deux domaines. Les deux domaines sont couplés à l’échelle crustale et séparés par une zone d'accommodation dans la couverture: la Faille de la Moyenne Durance, dont la partie profonde est héritée du Paléozoïque. La structure actuelle de l’avant-pays Pyrénéo-Alpin de Provence correspond essentiellement à la signature de la compression Pyrénéo-Provençale Crétacé supérieur-Eocène (>90%). La part de la déformation Alpine est minime (9%). La phase d'extension Oligocène entre ces deux périodes compressives a été quantifiée à 1.7%. Les données de traces de fission sur apatite suggèrent une exhumation régionale à ~80 Ma reliée à la compression Pyrénéenne. Les chevauchements pyrénéens principaux ont joué simultanément, comme l’indiquent l’âge et la répartition des séries sédimentaires syntectoniques. / The structural architecture and evolution of the Pyrenean-Alpine foreland of Provence are controlled by deep-seated basement faults inherited from Gondwana rifting during Permo-Triassic time, by variations in the Mesozoic sedimentary pile thickness and by alternating compressive and extensive tectonic events that affected the area since the late Paleozoic. The construction of two balanced cross sections at regional scale (~150 km) shows that the structural style of the Provence foreland is dominated by thick-skinned tectonic in eastern Provence and thin-skinned tectonic in western Provence, associated with diapirism in each domain. Both domains are coupled at crustal scale and separated by an accommodation zone in the cover: the Middle Durance Fault, whose deep-seated part is inherited from the Paleozoic. The current structure of the Pyrenean-Alpine foreland of Provence mainly corresponds to the Pyrenean-Provence compression signature during Late Cretaceous to Eocene (>90%). The Alpine deformation proportion is minor (9%). The Oligocene extension phase between these two compressive periods has been quantified at 1.7%. The apatite fission track data suggests an exhumation stage around 80 Ma related to the Pyrenean compression. The main Pyrenean thrusts were synchronous, as indicated by the age and distribution of syntectonic sedimentary series.

L’Anatolie fait partie d’un vaste domaine orogénique qui s’étend des Alpes à l’Himalaya. Les sutures ophiolitiques rencontrées marquent les cicatrices de plusieurs domaines océaniques (branches de la Néotéthys Nord), interdigités entre plusieurs blocs crustaux au cours du Mésozoïque. La fermeture de ces domaines au Crétacé supérieur est accompagnée de la mise en place de bassins tertiaires syn-orogéniques dont fait partie le Bassin de Sivas, limité au nord par le bloc du Kırşehir et au Sud par les Taurides. Une étude structurale de terrain, complétée d’analyses géochimiques, biostratigraphiques et thermochronologiques ainsi que l’étude de 700 km de lignes sismiques 2D inédites, a été menée pour tenter de comprendre (i) le contexte géodynamique régional et (ii) l’architecture tectono-sédimentaire de ce bassin.L’étude des ophiolites présentes le long de la bordure sud du Bassin de Sivas met en évidence des péridotites intensément serpentinisées. La partie supérieure de l’ophiolite présente des brèches et ophicalcites caractéristiques de l’exhumation mantellique, alors que l’analyse géochimique des corps magmatiques révèle un environnement de supra-subduction, daté à circa 90 Ma (U-Pb sur zircon). Ces analyses démontrent la présence d’un domaine océanique embryonnaire entre le Kırşehir et les Taurides, dont la fermeture s’initie le long d’ancienne failles de détachement. L’obduction de la nappe de péridotite et de son mélange frontal sur la marge Nord des Taurides entre le Turonien et le Maastrichtien, permet de former le « socle ophiolitique » commun aux bassins est-anatoliens. L’analyse détaillée de la partie centrale du bassin, en carte et à l’aide de lignes sismiques 2D inédites et de thermochronologie basse température [AFTA et (U-Th)/sur apatite], a permis de proposer un modèle d’évolution cinématique sur la base de coupes équilibrées. La propagation de la déformation vers le Nord, initiée dès l’Eocène inférieur, permet l’isolation progressive du bassin et une forte accumulation d’évaporites à l’Eocène supérieur. Les dépôts de l’Oligo-miocène sont ensuite contrôlés par l’halocinèse, permettant la mise en place de deux générations de mini-bassins salifère, séparés d’une canopée. Les géométries dans le domaine halocinétique, et les variations latérales dans le bassin, montrent le contrôle exercé par (i) le bassin pré-évaporite affleurant le long de la moitié sud du bassin et (ii) l’épaisseur du niveau de sel initial.L’intégration de ces observations à l’échelle régionale met en évidence un contrôle du raccourcissement crustal, dans les Taurides et les bassins tertiaires, lié à la fermeture de la Néotéthys Sud, en générant l’émergence de structures de socles. La collision enregistrée à l’Oligocène supérieur - Miocène lors de l’indentation de la plaque Arabe le long des Taurides est contemporaine de la déformation du Bassin de Sivas et des bassins adjacents. / Anatolia is part of a vast orogenic domain that extends from the Alps to the Himalayas. Numerous ophiolitic sutures defined the remnants of several oceanic domains (Northern and southern Neotethys), between continental fragments formed during Mesozoic time. Oceanic closure during Late Cretaceous is recorded by the establishment of syn-orogenic tertiary basins, including the Sivas Basin bounded to the north by the Kırşehir block and to the south by the Taurides. An extended study based on field and completed by geochemistry, biostratigraphy and thermochronology analyzes and more than 700 km unpublished seismic data, was conducted to resolve (i) the regional geodynamic context and (ii) the tectono-sedimentary architecture of this basin.The ophiolites located along the southern edge of the Sivas Basin are made of serpentinized peridotites. The upper part of the ophiolite present breccias and ophicalcites commonly described as associated to mantle exhumation environment, while the geochemical analysis of the magmatic bodies reveals a supra-subduction environment dated at circa 90 Ma (U-Pb on zircon). These observations are in agreement with an embryonic ocean domain located between the Kırşehir and the Taurides, the closure which was initiated along fossil detachment faults. The obduction of the peridotite nappe and its frontal mélange on the northern margin of the Taurides between the Turonian and the Maastrichtian allows forming the “ophiolitic basement” of the east-anatolian basins.A detailed map and cross-section analysis, supported by 2D seismic lines and low-temperature thermochronology [AFTA and (U-Th) / on apatite], resulted in a kinematic evolution model and the realization of balanced cross-sections. The propagation of the deformation towards the north, initiated in the Lower Eocene, results in the progressive isolation of the basin and a strong accumulation of evaporites during the Upper Eocene. The Oligo-Miocene depocenters were controlled by halokinesis, forming two generations of mini-basins, separated by a salt canopy. The geometries in the halokinetic domain and the lateral variations in the basin show the control exerted by (i) the pre-evaporite basin outcropping along the southern half of the basin and (ii) the thickness of the initial salt level.Integration at the regional scale within the Taurides highlights the propagation of crustal shortening related to the Southern Neotethys closure, which formed linear tectonic basement exhumation. The collision recorded in the Upper Oligocene - Miocene during the indentation of the Arabic plate along the Taurides is contemporaneous to the deformation the Sivas Basin.