La subduction d'une dorsale active sous un continent est un processus inévitable dans l'évolution des chaînes de subduction. Le travail de cette thèse concerne l'évolution de la Cordillère de Patagonie Centrale, à la latitude du point triple du Chili, en relation avec la subduction de la dorsale active du Chili induisant le développement d'une fenêtre asthénosphérique sous la plaque sudaméricaine. A l'aide d'une approche morphologique, structurale, couplée à l'analyse d'images satellites et topographiques, nous montrons l'influence de la fenêtre asthénosphérique depuis 3 Ma sur l'évolution morphostructurale de la Patagonie Centrale. Au cours du Pliocène, la Cordillère de Patagonie Centrale est marquée par une phase d'extension majeure induisant la formation de dépressions transverses et internes à la chaîne. L'inversion négative du relief responsable de la topographie générale de type rift induit l'inversion du front morphotectonique et la déconnexion du piedmont volcano-sédimentaire du reste de la Cordillère à partir de 3 Ma. L'extension radiale dont l'amplitude est comprise entre 800 mètres et 3500 mètres, se localise dans la plupart des cas au niveau de failles polyphasées. L'évolution morphostructurale plioquaternaire proposée est directement reliée à l'ouverture de la fenêtre asthénosphérique à 3 Ma sous la Patagonie et à la remontée de matériel asthénosphérique chaud induisant la collapse régionale de la Cordillère de Patagonie Centrale.

L'étude géomorphologique et thermochronologique menée en Patagonie centrale montre l'influence de la subduction de la dorsale du Chili sur la dynamique de surface. Depuis 14 Ma, la migration vers le nord du point triple entre plaques Nazca, Antarctique et Amérique du Sud s'accompagne d'un soulèvement de grande longueur d'onde. Celui-ci affecte les Andes de Patagonie, où les âges (U-Th)/He sur apatite sont plus jeunes au sud du point triple (~7-5 Ma) qu'au nord, mais aussi le bassin à l'est de la chaîne, où les terrasses mises en place depuis le Miocène moyen ont subi des basculements N-S de ~0,1-0,2%. Ces valeurs correspondent à celles prévues par des calculs analytiques de topographie dynamique. Des modèles analogiques du processus de subduction montrent les interactions entre processus profonds et dynamique de surface : nous observons un lien entre changement de pendage du slab et déformation de la plaque supérieure, et étudions les phénomènes liés à l'ouverture d'une fenêtre de slab.

L'histoire géologique de la péninsule de Basse Californie et du golfe de Californie est intimement liée à l'évolution de la marge occidentale de la plaque nord-américaine au cours des 80 derniers millions d'années. Deux évènements géologiques remarquables ont eu lieu (a) au Mésozoïque, lorsque la plaque Farallon-Kula est entrée en subduction le long de la côte ouest de l'Amérique du Nord, et (b) au Cénozoïque moyen, lorsqu'une nouvelle activité magmatique est apparue, mettant en place les laves calco-alcalines de l'arc de Comondu. <br />Au cours du Néogène, l'activité magmatique de la partie centrale de la péninsule de Basse Californie subit un changement très important vers 12,5 Ma. Combinées aux résultats antérieurs, nos datations K-Ar nouvelles démontrent que le volcanisme calco-alcalin de l'arc de Comondu cède progressivement la place à des associations magmatiques inhabituelles liées à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique. Les laves correspondantes se répartissent en six champs volcaniques (Jaraguay, San Borja, San Ignacio, Santa Rosalía, Santa Clara, La Purísima) mis en place du Miocène supérieur au Quaternaire, sur près de 600 km le long de la Basse Californie. Ces associations magmatiques comprennent : (1) les adakites mises en place entre 12,5 et 8,2 Ma dans les champs volcaniques de Santa Clara, Santa Rosalia et Jaraguay ; (2) les basaltes enrichis en Nb (NEB) des champs volcaniques de Santa Clara et Santa Rosalia (11,2 à 7,4 Ma); (3) les basaltes et les andésites basaltiques de composition tholéiitique, émis dans les champs volcaniques de La Purisima et San Ignacio entre 11,3 et 7,2 Ma et qui montrent une signature de subduction très atténuée ; (4) les trachy-basaltes alcalins de type OIB qui affleurent au nord-ouest de Jaraguay dans les mesas de San Carlos et Santa Catarina, mises en place entre 9,3 et 7,5 Ma ; et enfin (5) les basaltes magnésiens, les andésites basaltiques magnésiennes et les andésites magnésiennes ("bajaites") émis dans tous les champs volcaniques entre 14,6 et 5,3 Ma, et particulièrement, d'après nos datations isotopiques nouvelles, entre 8,5 et 3,8 Ma à Jaraguay et entre 3,7 et 1,8 Ma à San Borja. Finalement, au cours du Plio-Quaternaire, la mise en place de magmas de compositions très contrastées est aussi démontrée dans la péninsule et dans les îles du golfe de Californie comme celle de San Esteban que nous avons plus particulièrement étudiée.<br />La fusion des coins des lèvres de la fenêtre asthénosphérique, due à l'érosion thermique, permet la genèse de liquides adakitiques, qui réagissent avec le coin du manteau situé au-dessus de la plaque plongeante, ce processus étant à l'origine des sources des NEB et "bajaites". Ces liquides adakitiques se sont infiltrés dans le coin du manteau de Basse Californie, après la fin de la subduction de la jeune plaque océanique Farallon et pendant l'ouverture de la fenêtre sous la péninsule entre 12,5 et 8 Ma. La signature géochimique de la série des andésites magnésiennes (teneurs élevées en MgO, Cr, Co et Ni ; appauvrissement en terres rares lourdes et Y ; enrichissement important en Sr et Ba ; et appauvrissement relatif en Rb et Th par rapport aux autres éléments en trace très incompatibles) témoigne de l'origine de ces laves par déshydratation-fusion d'un manteau lithosphérique riche en pargasite, à des profondeurs d'environ 80 km. Ce processus a lieu à des températures supérieures à 1050-1075°C, ce qui reflète bien le flux thermique élevé existant dans le coin du manteau.<br />En résumé, nous proposons que la mise en place de ces associations magmatiques peu habituelles en contexte de subduction soit liée à l'ouverture d'une fenêtre asthénosphérique pendant le Miocène supérieur. Celle-ci résulterait de la déchirure de la partie jeune de la plaque plongeante Farallon, s'initiant à partir de la fenêtre de Californie préexistante et se propageant parallèlement à la fosse de subduction sur plus de 600 km. Le volcanisme adakitique plio-quaternaire du golfe de Californie et de sa marge occidentale serait le résultat de la fusion partielle, déclenchée par le flux thermique élevé accompagnant l'ouverture, de fragments de croûte océanique préalablement incorporés au sein du manteau lithosphérique lors de la déchirure de la plaque plongeante Farallon.