Ce manuscrit présente la dynamique des dépôts évaporitiques du bassin de Sivas en Turquie et évalue l’impact diagénétique de ces évaporites sur les analogues de réservoirs gréseux. Cette étude s’effectue dans un bassin d’avant-pays ayant la spécificité d’avoir enregistré une intense tectonique salifère, marquée notamment par la présence de mini-bassins oligo-miocènes. Les résultats présentés s’appuient sur des relevés cartographiques de terrain, des descriptions sédimentaires ainsi que sur des analyses pétrographiques et géochimiques.Les premières évaporites du bassin se forment à l’Eocène supérieur lorsque l’avant-pays perd progressivement sa connexion avec le domaine marin, en conséquence de la propagation de la chaine de plis et de chevauchements. La fermeture océanique s’accompagne d’une diminution drastique des apports clastiques. Les faciès turbiditiques évoluent alors vers des dépôts argilo-carbonatés propres à un bassin affamé et anoxique. Les évaporites commencent par précipiter dans des bassins en piggy-back précocement isolés du reste de l’avant-pays. Par surrection tectonique, ces dépôts subissent un démantèlement gravitaire qui induit des accumulations de gypses détritiques au front de la chaîne. Avec l’augmentation des conditions de salinité de l’ensemble du bassin, des plateformes évaporitiques s’établissent ensuite sur les domaines peu profonds et nourrissent en fond de bassin des turbidites de gypse. Enfin, dans un plan d’eau devenu peu profond, l’essentiel de l’avant pays est comblé par de la halite aujourd’hui lessivée en surface. Tout au long de l’Oligo-Miocène, les évaporites éocènes induisent des déformations halocinétiques. Les sels diapiriques sont alors dissous et recyclés sous forme de dépôts gypsifères qui précipitent en domaine continental, au sein d’environnements sebkhaïques à lacustres peu profonds. Ces évaporites de seconde génération ont pu connecter différents émissaires diapiriques pour constituer ce que nous nommons « une canopée resédimentée ». Les sulfates recyclés se sont également accumulés sur des émissaires diapiriques en cours de déflation pour ainsi former de véritables mini-bassins évaporitiques secondaires encapsulés. Sur toute la bordure nord du bassin, et en continuité latérale d’une canopée salifère, les évaporites recyclées ont formé des accumulations majeures de gypse sélénitique lacustre.L’étude diagénétique des grès continentaux de mini-bassins montre une paragenèse ayant été contrôlée au premier ordre par la composition minéralogique des grains détritiques. Ainsi, dans les grès fortement polygéniques, des fluides salins et alcalins probablement dérivés du lessivage des émissaires diapiriques ont interagi avec les grains réactifs pour induire la précipitation précoce de ciments analcitiques. Ces derniers paraissent également avoir été favorisés dans les mini-bassins isolés hydrographiquement par des reliefs diapiriques. Plus localement, des phénomènes de gypsification se sont produits au niveau de dépôts faillés ou fracturés et positionnés à proximité immédiate de structures salifères. Les fluides salins impliqués circulaient par l’intermédiaire de la porosité créée par l’endommagement tectonique.L’ensemble des résultats présentés trouvent des analogies avec d’autres bassins salifères, actuels ou anciens, affectés par des déformations halocinétiques en contexte continental (e.g. le bassin Précaspien, le bassin du Zechstein ou le Great Kavir en Iran). / This manuscript focuses on the various evaporitic systems of the Sivas Basin (Turkey) and assesses the diagenetic impact of saline fluid flow on silicoclastic reservoir analogues. This study takes place in a foreland basin that has the peculiarity of having recorded halokinetic deformations, as evidenced by outcropping Oligo-Miocene mini-basins structures. The results are based on geological field mapping and sedimentary descriptions complemented by petrographic and geochemical analyses.The first evaporites of the basin precipitated during the Late Eocene when the foreland progressively lost its connection with the oceanic domain, as a result of the northward propagation of the fold-and-thrust-belt. Such event first resulted in sediment-starved conditions, with siliciclastic turbidites grading to muddy- and organic-rich facies. The evaporites then formed in early isolated piggy-back basins and were subsequently reworked in the foredeep by tectonically-induced gravitational collapses. With increasing saline conditions, evaporitic platforms developed in shallow-water domains of the foreland, and fed gypsum turbidites in the deep-water setting. Finally, after the general establishment of shallow-water hypersaline conditions, most of the available space was filled by halite deposits, nowadays entirely dissolved at the surface.During the Oligo-Miocene, Eocene evaporites induced halokinetic deformations. The diapiric salts were then recycled as gypsiferous deposits precipitated in sabkha to shallow-water lacustrine setting within salt-walled mini-basins. Such evaporitic deposits of second-generation were able to connect different diapiric structures, forming what we define as a “resedimented canopy”. The recycled evaporites also accumulated in depleting diapiric stems, resulting in the development of peculiar encased evaporitic mini-basins. Finally, along the northern border of the basin, the recycled evaporites formed massive accumulations of lacustrine selenitic gypsum southward connected to a spreading salt canopy.The diagenetic study of Oligocene continental sandstones emplaced within mini-basins highlights a paragenesis controlled at first order by the detrital composition. For instance, in the less sorted sandstones, saline-alkaline fluids, probably resulting from the leaching of diapiric salts, interacted with reactive grains to produce analcitic cements at shallow burial. These cements also seem to have been favored in mini-basins that were hydrographically isolated by diapiric reliefs. More locally, in fractured to faulted sandstones close from a diapiric structures, the porosity has been early to lately occluded by gypsum cements. The saline fluids inducing such cementation were fed by the diapiric evaporites, and reached the reservoirs through the fracture or fault-related porosity.All of these results may find relevant analogies with other ancient or present-day evaporitic basins affected by halokinetic deformation in continental setting (e.g. the Precaspian Basin, the Zechstein Basin or the Great Kavir in Iran).

Les structures extensives d'âge Mésozoïque tardif (Crétacé) sont très répandues en Eurasie orientale, depuis la Transbaïkalie en Russie jusqu'à l'intérieur de la Chine du Sud. Elles constituent la plus grande province de distension crustale dans le monde. Cette thèse a sélectionné des structures développées dans trois endroits différents du bloc de Chine du sud en utilisant les méthodes de la géologie structurale, de l'anisotropie de la susceptibilité magnétique et de la géochronologie (U-Pb sur zircon et titanite, U-Th-Pb sur monazite et Ar-Ar sur micas et amphiboles). L'expression des structures extensives diffère selon les endroits étudiés: (1) la ceinture orogénique de HP/UHP Tongbai-Dabie, le long de la bordure nord du bloc de Chine du sud a été remaniée par au Crétacé par la formation d'un antiforme ou d'un dôme métamorphique extensif. Contemporaine de la migmatisation et du magmatisme syntectonique, le régime extensif a commencé à environ 145 Ma et s'est approché de son point culminant vers 130 Ma. Ce qui a été interprété comme le résultat de la suppression de la racine orogénique. Localement, un nouvel épisode de distension vers 110-90 Ma a également été enregistré; (2) le batholite de Dayunshan-Mufushan intrudif dans l'orogène Neoproterozoic Jiangnan se compose de deux phases d'intrusions granitiques d'âge Jurassique (ca. 150 Ma) et Crétacé inférieur (ca. 132 Ma). Le pluton le plus récent s'est mis en place dans un contexte d'extension NW-SE correspondant au processus amincissement crustal du Crétacé inférieur, avec une faille de détachement développée le long de sa bordure ouest; (3) l'anticlinal de Huangling dans le craton du Yangtze est un pli asymétrique d'axe N-S formé entre le Jurassique et le Crétacé inférieur. Sur les deux flancs, la couverture sédimentaire a participé à une série de plis d'effondrement de vergence opposée et de glissements banc-sur-banc des couches. Les exemples étudiés ci-dessus représentent une série de structures d'extension d'âge Crétacé développées dans différents niveaux structuraux: exhumation de croûte inférieure et moyenne de accommodée par un fort étirement, mise en place syntectonique de plutons granitiques avec étirement limité, déformation de la couverture sédimentaire sous une faible extension. Ils indiquent que la Chine du Sud a également participé au régime extensif bien connu en Chine du Nord. Ces résultats apportent des données nouvelles de première main permettant de discuter le cadre tectonique et géodynamiques spatio-temporel du régime extensif du Crétacé sur la marge orientale de l'Eurasie. / Late Mesozoic extensional structures are widespread in eastern Eurasia (from Transbaikalia region in Russia to inland South China). They constitute the largest crustal extensional province in the world. This thesis selected extensional structures developed in three different tectonic settings in the South China block. Detailed studies including structural geology, anisotropy of magnetic susceptibility and geochronology (zircon and titanite U-Pb, monazite U-Th-Pb, and mica Ar-Ar) were conducted. The expression of these extensional structures is not the same for each area: (1) the Tongbai-Dabie HP/UHP orogenic belt along the northern edge of the South China block was reworked by Cretaceous extensional antiform or metamorphic core complex. Coeval with migmatization and syntectonic magmatism, the extensional regime started at ca. 145 Ma, and approached its climax at ca. 130 Ma that was signaled by removal of the orogenic root. Locally, a late (110-90 Ma) extensional event was also recorded; (2) the Dayunshan-Mufushan batholith intruding the Neoproterozoic Jiangnan orogen is composed of two phases of granitic intrusions with Late Jurassic (ca. 150 Ma) and Early Cretaceous (ca. 132 Ma) ages, respectively. The late pluton emplaced under a NW-SE extensional setting corresponding to the Early Cretaceous crustal thinning process, with a detachment fault developed along its western margin; (3) the Huangling anticline within the Yangtze craton is a nearly N-S striking asymmetric dome formed between the Late Jurassic and Early Cretaceous. The sedimentary cover on the two flanks was involved in a series of oppositely-directed collapse folding and layer-parallel slipping. These examples of Cretaceous extensional structures in different tectonic levels (exhumation of middle-lower crust by strong stretching, syn-tectonic emplacement of granitic pluton with limited stretching, deformation of sedimentary cover under a weak extension) indicates that South China also was involved into the regional extensional regime coeval with the destruction of the North China craton. These results provide first-hand new structural evidence for further discussing the temporal-spatial framework and geodynamic setting of the Cretaceous extensional tectonics on the eastern margin of Eurasia.

La ceinture orogénique de Longmenshan (LMTB) constitue la frontière orientale du plateau tibétain, qui est reconnue par sa topographie escarpée, son activité tectonique intensive ainsi ses la complexité de ses structures. Comme une orogène typique, le LMTB a subi une forte déformation intracontinentale au cours du Mésozoïque. Ainsi, la connaissance sur l’évolution tectonique du Mésozoïque de la LMTB est cruciale pour comprendre l’orogenèse intracontinentale et la surrection du plateau tibétain. Une ceinture de clivage verticaux divise la LMTB en une zone occidentale et une orientale. La Zone orientale présente un top-to-SE cisaillement tandis que la zone occidentale présente un top-to-NW cisaillement. La zone orientale peut être subdivisée en quatre sous-unités avec de foliations orientées du SE au NW. Le granite syntectonique et les données géochronologiques contraignent cette déformation principale au Mésozoïque inférieur (environ 219 Ma). L’analyse structurale, l’AMS, l’étude microstructurale et la modélisation gravimétrique sur le complexe de Pengguan, l’un des complexes de l’orogène néoprotérozoïques au milieu de segment de la LMTB), révèlent une structure des slices du socle imbriquées de la LMTB et la zone adjacente. Les âges connus, l’exhumation rapide localisée et la subsidence du bassin flextual suggèrent que les slices du socle sont imbriquées au cours du Mésozoïque supérieur (166-120 Ma). La LMTB se trouve loin de la limite de la plaque contemporaine, et est absence de matériel ophiolitique, donc elle peut être considéré comme une orogène intracontinentale. Pendant le début du Mésozoïque, le Yangtze plate subductait vers l’ouest en fermant l’océan paléo-Téthys. Cette tectonique a exhumé des matériaux de différentes profondeurs en surface par des chevauchements vers le SE et chevauchements arrières vers le NW. Au cours de la fin du Mésozoïque, le socle a été soulevé davantage en raison de la collision entre les blocs de Lhasa et de l’Eurasie, qui a conduit à une imbrication des slices du socle et épaissi la croûte. / The Longmenshan Thrust Belt (LMTB), constituting the eastern boundary of the Tibetan Plateau, is well known by its steep topography, intensive tectonic activities and the complicated structures. As a typical composite orogen, the LMTB experienced extensive intracontinental deformation during the Mesozoic. The knowledge on the Mesozoic tectonic evolution of the LMTB therefore is crucial to understand the intracontinental orogeny and uplifting of the Plateau. The vertical cleavage belt divides the LMTB into a Western Zone and an Eastern Zone. The Eastern Zone displays a top-to-the-SE shearing while the western zone a top-to-the-NW shearing. The Eastern Zone can be further divided into four subunits with foliations deepening from SE to NW. The syntectonic granite and published geochronologic data constrain this main deformation to the Early Mesozoic around 219 Ma. Structural analysis, AMS and microstructural study and gravity modeling on the Pengguan complex, one of the orogen-parallel Neoproterozoic complexes located in the middle segment of the LMTB, reveal a basement-slice imbricated structure of the LMTB and adjacent areas. Published ages, localized fast exhumation rate and flexural subsidence of the foreland basin suggest that the basement-slices imbricated southeastwards during Late Mesozoic (166-120 Ma). The LMTB is far away from the contemporaneous plate boundary and devoid of ophiolite-related material, therefore, it is supposed to be an intracontinental orogen. During the Early Mesozoic, the Yangtze basement underthrusted westwards due to the far-field effect of the Paleo-Tethys’ obliteration, and the materials in different structural levels have been exhumated to the surface by southeastward thrusting and contemporaneous backward thrusting. During the Late Mesozoic, the basement is further underthrusted due to the collision between the Lhasa and Eurasia blocks, which led to SE-ward imbrication of the basementslices that may thicken the crust.

La théorie de la tectonique des plaques permet de décrire les mouvements de premier ordre qui opèrent à la surface de la Terre. S'il est acquis que la convection dans le manteau terrestre en est le moteur, les liens entre les phénomènes profonds et les caractéristiques tectoniques de la surface restent largement méconnus. Jusqu'à très récemment, les modèles de convection du manteau terrestre ne produisaient pas de tectonique de surface pouvant être comparée à celle de la Terre. Récemment, des modèles globaux de convection qui reproduisent une tectonique de surface comparable à la Terre au premier ordre ont été mis au point. Ces modèles produisent des courants mantelliques ascendants et descendants de grande échelle et des déformations localisées en surface dans les zones de divergence et les zones de convergence. Ils génèrent une expansion des fonds océaniques de manière auto-cohérente proche de celle reconstruite pour les 200 derniers millions d'années de l'histoire de la Terre et une dérive de continents similaire à celle observée grâce au paléomagnétisme. Cette thèse s'inscrit parmi les premières tentatives d'utilisation de modèles de convection sphériques auto-organisés à des fins de compréhension de la tectonique de surface. La tectonique produite dans ce type de modèles de convection sera caractérisée finement à travers l'étude des limites de plaques, de leur agencement et de leurs vitesses de déplacement. L'objectif est de pouvoir comparer qualitativement et quantitativement les résultats des calculs de convection avec les reconstructions des mouvements de la surface terrestre grâce à la tectonique des plaques et aux observations de terrain. Dans cette optique, les limites tectoniques ont été définies à la main dans un premier temps afin de comprendre la physique qui gouverne l'agencement caractéristique des plaques tectoniques terrestres. En effet, celle-ci est composée de sept grandes plaques et plusieurs petites dont la répartition statistique indique deux processus de mise en place distincts. Nous avons déterminé les processus responsables de la mise en place de l'agencement caractéristique des plaques tectoniques en surface en faisant varier la résistance de la lithosphère. Plus la lithosphère est résistante, plus la longueur totale et la courbure des zones de subduction diminue à la surface des modèles. Cela s'accompagne également d'une diminution du nombre de petites plaques. En étudiant la fragmentation au niveau des jonctions triples, nous avons montré que les petites plaques étaient associées aux géométries courbées des fosses océaniques. En revanche, les grandes plaques sont contrôlées par les grandes longueurs d'onde de la convection mantellique. Ces deux processus impliquent deux temps de réorganisation, c'est-à-dire l'apparition et la disparition d'une plaque plongeante dans le manteau terrestre (environ 100 millions d'années) pour les grandes plaques, alors que l'échelle de temps de réorganisation des petites plaques dépend des mouvements des fosses et est ainsi plus rapide d'un ordre de grandeur. Afin d'effectuer des analyses quantitatives rapides, des méthodes d'analyse automatique de la surface et de l'intérieur des modèles ont été développées. La première technique concerne la détection automatique des plaques tectoniques à la surface des modèles (ADOPT). ADOPT est un outil de détection basé sur une technique de segmentation d'images utilisée pour détecter des bassins versants. Les champs à la surface des modèles sont transformés en reliefs, soit directement, soit après un processus de filtrage. Cette détection permet d'obtenir des polygones de plaques comparable aux analyses réalisées à la main. Une autre technique de détection a été mise au point pour étudier les panaches mantelliques [etc...] / Plate tectonics theory describes first order surface motions at the surface of the Earth. Although it is agreed upon that convection in the mantle drives the plates, the relationships between deep dynamics and surface tectonics are still largely unknown. Until recently, mantle convection models could not produce surface tectonics that could be compared to that of the Earth. New global models are able to form large-scale ascending and descending mantle currents, as well as narrow regions of localized deformation at the surface where convergence and divergence occur. These models selfconsistently generate an expansion of the oceanic floor similar to that of the last 200 million years on Earth, and continental drift similar to what can be reconstructed with palaeomagnetism. This Ph.D. thesis constitutes one of the first attempts to use self-organised, spherical convection models in order to better understand surface tectonics. Here, the tectonics produced by the models is finely charaterized through the study of plate boundaries, their organisation and their velocities. The goal is to be able to compare qualitatively and quantitatively the results of convection computations with surface motions, as reconstructed using the rules of plate tectonics and field observations. Plate boundaries emerging from the models were first traced and analyzed by hand so as to understand the physics that govern the typical organization of the tectonics plates on Earth. It is characterised by seven large plates and several smaller ones, following a statistical distribution that suggests that two distinct physical processes control the plates’ layout. We have determined the processes responsible for this distribution while varying the strength of the lithosphere (the yield stress). In our models, the stronger the lithosphere, the greater the total subduction length and their curvature, and the fewer the small plates. By studying surface fragmentation with triple junctions, we showed that the formation of small plates is associated with oceanic trench curvature. Large plates, however, are controlled by the long wavelengths of the convection cells. These two processes involve two different reorganisation times, controlled either by the accretion and the subduction of the large plates (about 100 Myrs), or by trench motions for the smaller plates. In order to improve the efficiency of our analysis, we have developed automated methods to study the surface and the interior of the models. The first technique is about detecting the tectonic plates automatically at the surface of the models. It is called ADOPT. It is a tool based on image segmentation technique to detect the watersheds. The surface fields of the convection models are converted into a relief field, either directly or using a distance method. This automatic detection allows to obtain plates polygons similar to the hand analysis. Another technique of detection has been developed to study mantle plumes. These analyzes were used to determine the driving forces behind the plates layout, to quantify the timing of reorganizations and to evaluate the implication of the models rheology on the surface distribution. These new analytical tools and the constant evolution of the quality of mantle convection models allow us to improve our understanding of the link between mantle dynamics and surface tectonics, but also to target necessary improvements in the convection models used

Pendant des années, la recherche s'est principalement concentrée sur le soulèvement Andin de la Cordillère orientale de Colombie et sur l’étude des sédiments tertiaires dans les bassins sédimentaires pour comprendre la déformation andine. Récemment, la nécessité d'évaluer de nouvelles cibles a poussé l'industrie pétrolière à acquérir de nouvelles informations sur la série crétacée de la Cordillère Orientale (CO) et du cours moyen du Rio Magdalena (CMM). Le but de ce travail, est d'analyser ces données qui suggèrent que les sédiments du bassin du CMM ont été déformés au Crétacé.Les sédiments crétacés sont exposés dans la CO, mais seuls quelques affleurements sont connus dans le CMM. En revanche, beaucoup les informations de nombreuses lignes sismiques et de quelques puits traversant les unités crétacées sont disponibles sur cette zone. L’interprétation de quelques lignes sismiques sélectionnées du CMM a été contrôlée par les données de puits et et les observations de terrain, et la nature et le style des déformations observées ont été analysées. De cette façon, des discontinuités importantes et des structures tectoniques ont été identifiées, montrant que des failles ont été inversées tectoniquement par à-coups au Crétacé, avant l'orogenèse andine. Cette vision détaillée de l’évolution tectonique et sédimentaire de la série crétacée, surtout dans le CMM, met en évidence des discordances multiples résultant de multiples phases de déformation, de soulèvement et/ou de variations du niveau marin survenant au cours du Crétacé. Ceci est important pour comprendre les processus affectant la marge andine au Crétacé, puisque les interactions entre tectonique et variations eustatiques pourraient avoir été plus complexes que proposé antérieurement.L’analyse des traces de fission sur zircon et apatite et la modélisation thermique du Nord au Sud de la zone d'étude ont été faites sur des échantillons du Crétacé indiquant l'occurrence de deux événements thermiques et deux événements de refroidissement pour des unités anté-Campaniennes, et d'un réchauffement et d’un refroidissement pour les unités postérieures à ~ 70 Ma. Enfin, un régime de subduction cyclique pourrait expliquer les événements tectoniques extensifs et compressifs responsable des phases de dépôt, d'exhumation et d'érosion observées dans le CMM et l’OCO entre le Jurassique terminal et le Paléocène.L'analyse réalisée à l'aide de la stratigraphie et des cartes de faciès génère au chapitre 3, L'interprétation structurelle, chronostratigraphie en utilisant des diagrammes de roues, restauration structurelle schématique, permettant de reconnaître plusieurs cycles de dépôt (S1 à S5) limités par discordances (SU1 à SU5), sont le résultat de la fluctuation du niveau de la mer (cycles de régression-transgression) générée pour les événements tectoniques liés au régime de subduction des dalles. / For years, studies have been mainly focused on the Andean uplift of the Eastern Cordillera in Colombia and on the evaluation of the Tertiary units in sedimentary basins, in order to understand the recent deformation. Recently, due to the necessity oil industry to evaluate new targets, new information has been acquired on Cretaceous units form the Eastern Cordillera (EC) and the Middle Magdalena Valley (MMV). The aim of this work, is to analyses these data, which provide evidences for Cretaceous deformation in the basin of the MMV.Cretaceous sediments are exposed in the Eastern Cordillera, but only few outcrops are known in the MMV. Instead, a lot of seismic information is available and some drilled wells crosscut the Cretaceous units in this area. The interpretation of some key seismic sections in the MMV has been validated using field observation and well information, and the nature and style of the observed structures have been discussed. By these means, important Cretaceous unconformities and tectonic structures were identified, showing that some faults were progressively, tectonically inverted, prior to the Andean Orogeny. The resulting detailed picture of the Cretaceous tectonic and sedimentary evolution, especially in the MMV, evidences multiple unconformities resulting from different stages of deformation, uplift and/or level sea changes during the Cretaceous. This must be kept in mind to understand the processes acting in the Andean margin during the Cretaceous, since the interaction between deformation and sea level changes may have been more complex than previously thought.The fission tracks analyses on zircon and apatite and the thermal modeling from the North to the South of the study area were made on Cretaceous samples indicate the occurrence of two heating events and two events of cooling for pre-Campanian units, and of one event of heating and one event of cooling from units younger than ~ 70 Ma. Finally, a cyclic subduction regime may explain the tectonic extension and compression events responsible for the deposition, exhumation and erosion phases observed in the MMV and WEC from the latest Jurassic to the Paleocene.The analysis made using stratigraphy and the facies maps generate in chapter 3, The structural interpretation, chronostratigraphy chart using wheeler diagrams, schematic structural restauration, permit to recognize several cycles of deposition (S1 to S5) limited by unconformities (SU1 to SU5), which are the result of sea level fluctuation (Regression-Transgression cycles) generated for the Tectonic events related to the regimen of slabs subduction.

Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100. / Several major earthquakes have struck the 2500 km long Himalayan range during the past century. However, both the maximum size of such earthquakes and the probability of occurrence of a magnitude 9 megaquake are still a mater of debate. In this framework it is of key importance to investigate the lateral segmentation of the Himalayan arc in order to deepen our understanding of the mechanisms that control such events as well as their extents. Besides the remarkably uniform tectonic set-up and the fact that most studies on the Himalayas have focused on Central Nepal, several indications of along strike changes can be gathered.This thesis brings new constraints on lateral variations of crustal structure and of deformation between western Nepal (~80°E) and eastern Bhutan (~92°E).The first part of this thesis focuses on the lateral variations of crustal structure. In the past three years we have carried out four land gravity campaigns. We have established 366 new gravity measurement points to fill the data gaps in central and western Nepal as well as in Bhutan. This new dataset, together with available seismological data, is used to constrain thermo-mechanical models of the bending of the India plate underneath the Himalayas. While the inferred crustal geometry does not exhibit major along-strike variations over central and eastern Nepal, the shorter wavelength flexure of the lithosphere in Bhutan is associated with a weaker upper mantle rheology.The second part focuses on the lateral variations of recent deformation in the Himalayas. Fifteen years of paleoseismological investigations have extended the catalogue of major Himalayan events over the last millennium. Combining these information with secular loading, we assess the spatial and temporal stress changes on the Main Himalayan Thrust along the orogen over the last nine centuries. Our calculations indicate that inter-seismic loading has now nearly overcome the Coulomb stress decrease caused by the great ~1100 medieval earthquake. Our results also point out that the 1897 Shillong plateau earthquake does not have a major influence on the stress accumulated on the Main Himalayan Thrust since then. In order to better characterize active tectonics in the Bhutan Himalayas where no studies were done so far, we carried out a morphotectonic analysis in the south-central part of the kingdom. We show that the same amount of Holocene deformation is accommodated on the frontal thrust in Bhutan as on the neighbouring portions of the Himalayan arc. We also find evidences for two major (M>8) earthquakes on this thrust in the Bhutan Himalayas during the last millennium. Our results therefore show that Bhutan cannot be considered as a seismic gap. They also challenge the interpretation of one single ~1100 medieval mega-event that would have ruptured the Main Frontal Thrust from central Nepal to eastern Bhutan.

L'objectif de ce travail est (1) d'étudier les relations existant entre déformation, érosion et sédimentation et (2) de quantifier les bilans érosion – sédimentation dans un rift continental en domaine tropical : le rift Albert, localisé au nord de la branche ouest du Rift est-africain. Cette étude consiste en une triple analyse de la déformation, du remplissage sédimentaire (biochronostratigraphie, sédimentologie et stratigraphie séquentielle) et des formes du relief (géomorphologie) basée sur l'interprétation de données de subsurface et d'affleurement. Un modèle d'âge des sédiments a été obtenu en combinant données biostratigraphiques, corrélations séquentielles et courbes de variations des paléoprécipitations. L'analyse sédimentologique a permis de caractériser (1) la source des sédiments et (2) le milieu de sédimentation qui consiste en un lac pérenne profond (<100 m) alimenté par des dépôts de crues, sans cônes alluviaux significatifs. Couplée à l'analyse des formes du relief, cette étude sédimentologique permet reconstituer l'évolution du bassin et de sa déformation: (1) 55-45 Ma : formation de latérites correspondant à la Surface africaine; (2) 45-22 Ma : dégradation de la Surface africaine à la faveur d'un début de surrection du dôme est-africain et formation d'une pédiplaine dont le niveau de base est l'Océan atlantique; (3) 17-2.5 Ma : initiation du bassin du Lac Albert aux alentours de 17 Ma et création de niveaux de base locaux auquel s'adaptent trois pédiplaines correspondant chacune aux trois dépocentres (Lacs Albert, George et Edward) – la surrection du dôme est-africain se poursuit; (i) 17 à 6.2 Ma : stade bassin « flexural » (vitesse de subsidence : 150-200 m/Ma ; vitesse de sédimentation : 1,3 km3/Ma entre 17 et 12 Ma et 0,6 km3/Ma entre 12 et 6 Ma) – les dépôcentres (localisés au sud) sont peu contrôlés par des failles; (ii) 6.2 à 2.5 Ma : stade rift 1 (vitesse de subsidence : > 500 m/Ma jusqu'à 600-800 m/Ma; vitesse de sédimentation : 2,4 km3/Ma) – paroxysme d'activité du rift; (4) 2.5-0.4 Ma : surrection de la Ruwenzori et changement de type de système alluvial à l'incision d'un réseau de drainage - stade rift 2 (vitesse de subsidence : 450 à 250 m/Ma; vitesse de sédimentation : 1,5 km3/Ma); (5) 0.4-0 Ma : flexuration initiation de la dépression du Lac Victoria, inversion du réseau de drainage et création de l'escarpement. La mesure du bilan-érosion sédimentation montre des ordres de grandeur identiques, avec, entre 17 et 2,5 Ma, un excès de matériel érodé (22 000 km3) par rapport aux sédiments déposés (19 000 à 18 000 km3). De 16%, cette différence de volume peut s'expliquer par la forte érosion chimique qui prévaut durant cette période, laquelle est péjorée par la différence de nature des argiles entre le bassin versant (kaolinites) et le bassin (smectites dominante), la néoformation de smectites à partir de kaolinites requérant des apports d'éléments disponibles dans les solutions issues de l'altération chimique des roches. / The aim of this work is (1) to study the relationships existing between deformation, erosion and sedimentation and (2) to quantify the erosion-sedimentation budget in a continental rift: the Rift Albert located in Uganda, in the north of the Western Branch of the East African Rifts. This study consists in a triple analysis of the deformation, the sedimentary infilling (biochonostratigraphy, sedimentology and sequence stratigraphy) and the landforms (geomorphology) based on the interpretation of subsurface and surface data. An age model of the sedimentary infilling has been obtained by combination of biotratigraphic data, sequential correlations and paleoprecipitation variation curves. The sedimentological analysis led to the characterization (1) of the sediments source – most of the quartz grains coming from the erosion of a lateritic profile (with low transportation) – and (2) of the depositional environment which consist of perennial deep (<100 m) feeding by flood deposits, without evidences of alluvial fan. This sedimentological study, along with the analysis of landforms allow to reconstitute the evolution of the basin and of its deformation: (1) 55-45 Ma: formation of laterites corresponding to the African Surface during the very humid period of the Lower-Middle Eocene; (2) 45-22 Ma: stripping of the African Surface in response of the beginning of the East-African Dome uplift and formation of a pediplain connected to the Atlantic Ocean; (3) 17-2.5 Ma: Initiation of the Lake Albert Basin around 17 Ma and creation of local base levels (Lake Albert, Edward and George) on which three pediplains tend to adapt; (i) 18—16 to 6.2 Ma: "Flexural" stage (subsidence rate: 150-200 m/Ma; sedimentation rate 1.3 km3/Ma between 17 and 12 Ma and 0.6 km3/Ma from 12 to 6 Ma) – depocenters location poorly controlled by fault; (ii) 6.2 Ma to 2.5 Ma: Rift stage 1 (subsidence rate: > 500m/Ma up to 600-800 m/Ma; sedimentation rate: 2.4 km3/Ma) – Rifting climax; (4) 2.5-0.4 Ma: uplift of the Ruwenzori Mountains and shifting from an alluvial system to a network of bedrock river incision – Rift Stage 2 (subsidence rate: 450 to 250 m/Ma; sedimentation rate: 1.5 km3/Ma); (5) 0.4-0 Ma: long wavelength downwarping, initiation of the Lake Victoria trough, drainage network inversion and uplift of the present-day escarpment.The measurement of the erosion-sedimentation budget show the same order of magnitude with, between 17 and 2.5 Ma, an excess of eroded material (22 000 km3) compared to the sediment volume deposited in the basin (19 000 to 18 000 km3). This difference of volume of 16% can be explained by the high chemical erosion occurring during this period, which one is depreciated by the difference of mineralogy of the clays between the catchment (kaolinites) and the sedimentary basin (dominantly smectites), the neoformation of smectites from kaolinites needing the input of element available in the solution resulting from the chemical weathering of the substratum.

La frontière tectonique entre les plaques indienne et birmane est principalement décrochante avec une faible composante de raccourcissement. La plaque subduite, le bassin du Bengale, est parcourue par des hétérogénéités crustales majeures acquises lors de son processus de formation et de migration vers le Nord (rides de point chaud, failles transformantes...). La plaque supérieure, la microplaque birmane, délimitée à l'Est par la faille décrochante dextre de Sagaing, est dans la zone d'influence du flux crustal Est-Tibétain. <br />Le long d'une large coupe Terre-Mer depuis le bassin du Bengale jusqu'au Nord de la Birmanie, je me suis intéressé à la géométrie structurale et à la cinématique de la subduction hyper-oblique Indo-Birmane en insistant sur les effets d'éléments perturbateurs (flux et hétérogénéités crustaux). Par une approche pluridisciplinaire combinant des observations géologiques structurales de terrain, des données géophysiques marines et des mesures géodésiques, je présente un modèle d'évolution néogène de la subduction oblique en réponse à ces perturbations. Une étude de la sismicité et quelques mesures paléomagnétiques ont complété ce travail.<br /><br />La ride de 90°E, formée au sein de la croûte océanique du Bengale vers 100Ma, est entrée en collision avec la marge Birmane au Miocène supérieur. Elle a probablement bloqué la subduction dans sa partie méridionale de telle sorte que seule une déformation décrochante dextre le long de son flanc Est est exprimé structuralement. Au Nord de la ride, le prisme externe Indo-Birman est libre de se développer rapidement vers l'Ouest depuis 2Ma à la faveur d'une forte épaisseur de sédiments déposés sur la plaque plongeante (delta du Ganges-Brahmapoutre).<br />Ce prisme Indo-Birman, construit en convergence hyper-oblique, a enregistré un partitionnement de la déformation : les zones internes sont cisaillées sur une direction Nord-Sud et les zones externes sont raccourcies sur une direction Est-Ouest. <br />La faille de Sagaing est défléchie de plus de 100km vers l'Ouest dans sa partie Nord. Je propose un modèle dans lequel le flux crustal résultant de l'effondrement du Tibet, est responsable de cette inflexion. Ce modèle questionne le rôle de ce flux dans la construction du prisme partitionné. Appuyé sur l'ensemble des données géodésiques disponibles autour de la syntaxe Est Himalayenne, il établit un lien entre les déformations finis néogènes de la région.<br /><br />Les données de sismique réflexion ont apporté des contraintes fortes sur la partie marine de la section. Ainsi, la présence de la ride de 90°E et la nature océanique de la croûte du Bengale ont pu être fixées. En revanche, le flux crustal Est-Tibétain reste mal compris. Les données géodésiques permettent d'en approcher la cinématique mais il est nécessaire, pour en connaître la nature, d'y combiner des données géologiques de terrain, qui sont les seuls à permettre l'observation direct de la déformation crustale profonde aujourd'hui exhumée. Ces observations géologiques peuvent aussi apporter des éléments de réponses sur la stabilité du flux au cours du temps. Un travail de modélisation doit encore être mené pour confronter ces idées nouvelles aux propriétés physiques de la lithosphère continentale en cours de déformation.

En Asie centro-orientale (Xinjiang nord), l'orogène paléozoïque du Tianshan sépare les blocs du Tarim et du Junggar. Trois unités y sont distinguées : le Tianshan sud, constitué de nappes gneissiques et ophiolitiques siluriennes ; le Tianshan central, caractérisé par un arc volcanique ordovicien et des flyschs siluriens sur un socle protérozoïque ; le Tianshan nord, représenté par un arc volcanique calco-alcalin dévono-carbonifère.<br />L'étude structurale du Tianshan centro-occidental et de la bordure orientale du Junggar a permis de préciser la chronologie et la cinématique des déformations responsables de la structuration paléozoïque controversée de cette région. A part une phase de déformation anté-sinienne D1 reconnue dans le socle protérozoïque des Tianshan sud et central, trois déformations ont été distinguées. La première, D2, à vergence nord, est considérée comme contemporaine de la mise en place des ophiolites de Mishigou au nord du Tianshan central et des ophiolites de Kumux dans le Tianshan sud. L'âge de D2, compris entre le Dévonien moyen et le Dévonien supérieur, est contraint par les âges (Dévonien inférieur) des mélanges et par la discordance du Carbonifère inférieur. Une déformation D3, d'âge Carbonifère moyen-supérieur, est divisée en deux stades : le premier, à vergence sud, est observée le long de la limite entre le Junggar et le bloc Sibérie ; le second, à vergence nord est responsable du développement de plis et de chevauchements dans l'unité du Tianshan nord. Elle serait contemporaine de l'accrétion du bloc du Junggar avec l'arc du Tianshan nord. Enfin, une phase décrochante D4 a affecté tout le pourtour du bassin du Junggar entre 290 et 245 Ma. Dextre dans tout le Tianshan, elle est globalement senestre dans l'Altay chinois et accommode les rotations relatives des blocs du Junggar, du Tarim et de l'Eurasie. <br />En conclusion, les nouvelles données structurales et géochimiques exposées dans ce travail sont synthétisées dans un modèle géodynamique retraçant l'histoire de cette région de l'Asie entre le Cambrien et le Permien, marquée par l'accrétion successive des blocs continentaux et des arcs impliqués.

La marge passive ouest africaine, postérieure à l'ouverture de l'Atlantique sud, offre un exemple très spectaculaire de glissement gravitaire synsédimentaire post-aptien à actuel sur une épaisse couche d'évaporites. Les données issues de l'exploration pétrolière intensive menée depuis plus de 20 années servent ici de base pour une analyse cinématique et mécanique des structures caractéristiques résultant des interactions entre déformation et sédimentation et entre déformation fragile de la couverture sédimentaire et déformation ductile du sel aptien : horsts et grabens, blocs basculés, rollovers, anticlinaux de croissance, failles inverses, plis diapirs comprimés ... Des expériences en laboratoire sur modèles analogiques fragiles-ductiles sont utilisés pour étudier les modalités de développement de la zonation de la déformàtion extensive en arrière du glissement et compressive au front. L'origine et l'évolution des structures de croissance en "rollover" sont étudiées en termes d'instabilités mécaniques: naissance, croissance et déclin. Cette particularité plus méthodologique du tr~vail aboutit (1) à une nouvelle définition de failles dites "listriques" et de leurs significations, (2) à une identification des modes de déformation des anticlinaux en "carapace de tortue" et (3) à une modélisation des modalités de la déformation dans le décollement ductile basal avec, en particulier, une identification pour la première fois de la signification des rouleaux de sel ("salt rollers") à la base des failles. L'analyse combinée de l'imagerie sismique des structures et de leur simulation en laboratoire aboutit à des règles d'interprétation cinématique et ou mécaniques pour l'étude des systèmes d'extension-compression résultant des glissements gravitaires superficiels et leurs application potentielle en exploration pétrolière.