Nous avons utilisé deux techniques de géodésie spatiale (Global Navigation Satellite System, GNSS, et Interférométrie d'images radar satellite, InSAR) pour estimer la cinématique actuelle et les taux de glissement de la plupart des failles de l'Est et du Nord-Est de l'Iran. En Iran de l'Est, 14 mm/an de cisaillement dextre est accommodé sur les failles décrochantes dextres Est-Lut, West-Lut, Kuhbanan, Anar et Dehshir. Ces failles glissent latéralement à 5.6 ± 0.6, 4.4 ± 0.4, 3.6 ± 1.3, 2.0 ± 0.7 et 1.4 ± 0.9 mm/an, respectivement, de l'est à l'ouest. Au nord de ces failles, nos vitesses GNSS suggèrent une rotation de block rigide du bassin Sud Caspien (SCB) autour d'un pôle qui se trouve plus loin qu'on ne le pensait précédemment. Ce mouvement NW de SCB implique un glissement dextre de jusqu'à 7 mm/an sur la faille Ashkabad, et jusqu'à 4-6 mm/an de glissement senestre à travers le système des failles de Shahroud (SFS). L'analyse InSAR en séries temporelles localise 4.75 ± 0.5 mm/an de glissement senestre plus spécifiquement sur les failles d'Abr et Jajarm. / Eastern Iran has a crucial role in accommodating the Arabia-Eurasia convergence. We used permanent and campaign Global Positioning System (GPS) networks to estimate the present-day kinematics and the slip rates on most faults in Central-Eastern Iran and Kopeh Dagh. Also we used differential Synthetic Aperture Radar (SAR) interferometry to estimate the interseismic deformation along two major faults in Eastern Iran, the Shahroud and Doruneh faults. In Eastern Iran, 14 mm/yr of right-lateral shear is accommodated on the East-Lut, West-Lut, Kuhbanan, Anar and Dehshir right-lateral faults. These faults slip laterally at 5.6 ± 0.6, 4.4 ± 0.4, 3.6 ± 1.3, 2.0 ± 0.7 and 1.4 ±0.9 mm/yr, respectively from east to west and they divide the Central-Eastern Iranian crust in five blocks that are moving northwards at 6-13 mm/yr with respect to Eurasia. The NS faults accommodate additional NS shortening by rotating counterclockwise in the horizontal plane, at current rates of up to 0.8°Ma. In the North of theses faults is situated the EW orientated left-lateral Doruneh fault. We obtain less than 4 mm/yr of slip rate using SAR ENVISAT data which correspond to the GPS results from average velocity differences to each side of the fault. North of Doruneh, our GPS velocities suggest a rigid-body rotation of the South Caspian Basin (SCB) about an Euler pole that is located further away than previously thought. This NW motion of SCB is accommodated by right-lateral slip on the Ashkabad fault (at a rate of up to 7 mm/yr) and by up to 4-6 mm/yr of summed left-lateral slip across the Shahroud left-lateral strike-slip system. The time series analysis of two ENVISAT SAR images covering the Shahroud faults system helps localizing the left-lateral slip on individual faults. We perform a 2-D elastic half-space modeling of two tracks. The modeling results yield 4.75 ± 0.5 mm/yr of left-lateral slip rate on the Abr (~ longitude 55°) and Jajarm (~longitude 56°) strand of the Shahroud fault system with a 10 ± 4 km locking depth, highlighting the important contribution of these faults to seismic hazard in the highly populated NE Iran.

Ce travail de thèse concerne les marges continentales passives de l'océan Atlantique Central et plus particulièrement la marge sud-marocaine, en regard du bloc Reguibat. La méthode employée intègre à la fois une étude en plan (reconstitutions cinématiques et paléogéographiques) et une étude en coupe (interprétation et comparaison de profils sismique réflexion et réfraction, reconstructions paléobathymétriques).<br /><br />Le modèle d'évolution cinématique de l'océan Atlantique Central, du Trias au Crétacé moyen, a été réalisé à partir du nouvel ajustement initial proposé par Sahabi et al. (2004). Ce travail admet un âge de 195 Ma (base du Sinémurien) pour la formation de la première croûte océanique de l'Atlantique Central (soit 20 Ma plus tôt que dans les précédents modèles). Partant de ces considérations et en intégrant des données nouvelles en sismique, altimétrie et magnétisme (avec en particulier la création d'une nouvelle grille magnétique), cette étude met en évidence plusieurs phases distinctes : une première phase extrêmement lente (~0,8 cm/an) caractériserait, pendant 30 Ma environ, l'ouverture initiale au Lias et au Dogger. L'époque de l'anomalie magnétique Blake Spur, vers 165 Ma (base du Callovien), marquerait un changement à la fois dans la direction du mouvement relatif entre les plaques et dans le taux d'accrétion (~4,8 cm/an) auquel serait associé un changement de morphologie du socle. A partir de l'anomalie M22 (150 Ma, base du Tithonien), le taux est nettement ralenti par rapport à celui de la période précédente (~2,6 cm/an) jusqu'à l'anomalie M0 (125 Ma, limite Barrémien-Aptien). <br /><br />D'un point de vue géodynamique, le domaine atlantique se partage au Permo-Trias, en deux grands domaines : tandis que l'Europe et le futur Atlantique Nord connaissent dès le Permien et pendant le Trias d'importantes phases de distensions, le futur Atlantique Central reste en compression pendant une partie du Permien (phase alléghanienne) et ne semble enregistrer de distension notable qu'à partir du Trias Supérieur. Le segment de marge, situé entre la meseta marocaine et la Nouvelle-Ecosse, caractérisé par une large province triasique à évaporites, occupe une position intermédiaire entre ces deux domaines. En plus de ce segment, clairement hérité de l'orogenèse hercynienne, le domaine méridional est lui aussi segmenté suivant une longueur d'onde de l'ordre de 600 km. Un examen sur l'ensemble du globe montre que cette segmentation est omniprésente. Elle semble ici assujettie à la fois à l'héritage tectonique et à une organisation thermique mantellique apparemment générale. L'étude structurale a été réalisée à partir de données de sismique réflexion et réfraction de la campagne Dakhla (2002) et d'une compilation de données du même type (couplage réflexion/réfraction) existant sur l'ensemble de la marge nord américaine et au large de la meseta marocaine. Les marges présentent en général trois domaines assez clairement marqués : le domaine continental peu ou pas aminci limité par la hinge line à partir de laquelle la croûte continentale s'amincit de plus en plus jusqu'à passer plus ou moins abruptement au domaine considéré océanique. Le domaine dit transitionnel correspond à un domaine de croûte océanique atypique : il se caractérise par des anomalies magnétiques peu ou pas marquées, une croûte de faible épaisseur (environ 5 km) avec une zone à vitesse anomale (> 7,2 km/s) à sa base. Cette étude nous a également permis de déterminer quelques points majeurs et communs de la structuration des marges : 1- L'amincissement de la croûte continentale à partir de la hinge line est abrupt, restreint à 60 km en moyenne : la remontée de la base de la croûte coïncide avec la zone de pente continentale (sauf sur la marge de Dakhla où elle semble être décalée de 50 km vers l'océan). Dans cette partie de marge (zone haute de la pente), l'épaisseur de la croûte continentale passe de 30 km environ à moins de 10 km et on y observe peu ou pas de structures distensives. 2- La zone de bas de pente, quant à elle, présente une croûte continentale complètement amincie et étirée. Enfin, les marges de l'océan Atlantique Central se distinguent par la présence d'une plate-forme carbonatée jurassique qui implique une sédimentation proche du niveau 0 m longtemps après la cassure (plus de 50 Ma après). Le rebord de la plate-forme carbonatée coïncide avec la limite entre ces deux zones structurales. <br /><br />Ce schéma structural se retrouve parfaitement dans le bassin Liguro-Provençal, sur des marges dix fois plus jeunes et nous permet de proposer le schéma d'évolution en trois étapes : la première étape correspond à une phase de déformation distensives, affectant l'ensemble de la croûte, et accommodée par des manifestations volcaniques et la formation de grabens plus ou moins importants. La deuxième étape correspond à la phase d'amincissement aboutissant à la formation de la pente continentale entre la hinge line et la première croûte océanique (ou croûte océanique atypique). C'est la croûte inférieure qui semble enregistrer cet amincissement. Pendant la troisième phase, la rupture se localise au niveau du bas de la pente continentale et la première croûte océanique se forme, probablement composée de croûte continentale inférieure et de matériel mantellique.<br />Notre étude combinée montre ainsi que les modèles de genèse des marges avec conservation de volume de type McKenzie (1978) ou Wernicke (1981, 1985) ne répondent pas aux observations géologiques actuelles. Pour expliquer l'amincissement des marges, il semble nécessaire de s'intéresser aux modèles non-conservatifs (transformation de la croûte, érosion, fluage de la croûte inférieure, etc.). <br />La marge de Dakhla présente cependant une morphologie différente du schéma que nous proposons, avec une réelle dissymétrie des marges homologues, l'ensemble de l'amincissement étant reporté sur la marge américaine. La zone cratonique précambrienne Reguibate, située entre deux segments d'orogène, semble pratiquement intacte pendant le processus de rupture et la croûte inférieure de ce domaine particulier ne semble pas avoir réagi comme dans les domaines appalachiens et les Mauritanides qui l'encadrent, soulignant ainsi l'influence de l'héritage tectonique sur la morphologie des marges.

L'analyse de la déformation des massifs subalpins de Vercors et Chartreuse, qui constituent l'avant-pays des massifs cristallins externes de Belledonne et du Pelvoux chevauchant vers l'Ouest, a permis de reconstituer le champ de déplacement ainsi que l'état initial avant déformation de cet avant-pays. Cette analyse repose sur un grand nombre de données géologiques et géophysiques, et en particulier sur des données issues de profils sismiques réalisés dans les massifs subalpins. Ces données ont permis de préciser la géométrie des structures profondes, et notamment la position des plans de décollement. Deux méthodes. qui intègrent toutes les données disponibles dans un schéma de déformation cohérent. ont été utilisées. Il s'agit d'une part de la construction de coupes géologiques équilibrées et d'autre part de l'établissement de carte de déformation finie. La déformation globale des massifs subalpins de Vercors et de Chartreuse est liée principalement au chevauchement crustal de la partie externe du massif de Belledonne et peut se décomposer en deux étapes majeures : un premier chevauchement de grande ampleur déformé ensuite par des épisodes chevauchants secondaires.

L'actuelle définition rhéologique du manteau sous-continental ne rend ni compte de sa faible résistance estimée sous les régions déformées, ni des processus de localisation de la déformation qui le caractérisent. Pour mieux contraindre sa rhéologie, nous avons donc utilisé la tectonique et la modélisation numérique à travers l'étude des péridotites de Ronda. L'étude structurale de ces péridotites montre que leurs déformations sont liées à une extension continentale arrière-arc, juste avant qu'elles soient intégrées dans les Bétiques internes au Miocène inférieur. Au cours de cette extension intervient la formation d'un gradient de déformation ductile et sous-continental, qui serait initié par un processus impliquant l'action dominante du fluage dryGBS pendant la réduction dynamique de taille de grains de l'olivine. La quantification numérique de ce processus ductile montre qu'il peut provoquer, à basse température (< 800 °C), une intense localisation de la déformation et une chute de résistance des péridotites intensément déformées. À plus grande échelle, ce processus est aussi capable de localiser la déformation dans le manteau sous-continental, permettant, d'après nos résultats numériques 2-D, d'initier la formation d'un rift continental étroit. La conséquence majeure de cette localisation se traduit par une intense chute de résistance du manteau au cœur du rift, comme observée dans les régions déformées. Cette rhéologie « localisante » et ces résultats nous permettent donc de proposer une nouvelle définition de la rhéologie du manteau, qui tient compte de l'évolution de sa résistance pendant la déformation de la lithosphère.

Dans cette thèse, nous proposons successivement deux modèles discrets par réseaux d'automates cellulaires, du processus de subduction-érosion en<br />tectonique des plaques, puis présentons les simulations informatiques parallèles correspondantes.<br /><br />Après une présentation de la tectonique des plaques et des marges convergentes de type II (avec érosion), nous présentons les deux tendances de modélisation existantes, étudions leurs avantages et inconvénients respectifs et montrons l'intérêt de développer une démarche radicalement différente. Nous exposons alors nos hypothèses de travail relativement restrictives et leurs limites, en commençant d'abord par présenter la géométrie d'ensemble du "plan de coupe de modélisation" et sa dynamique, puis en énumérant les phénomènes à reproduire, enfin, en introduisant des échelles de temps et la représentation de l'érosion par une altération (un changement de matière) due au vieillissement.<br /><br />En ce qui concerne les modélisations plus précisément, nous nous inspirons très fortement du "Sand Pile Model" uni-dimensionnel pour développer notre propre modèle uni-dimensionnel et introduire la notion de réseau d'automates cellulaires fini généralisé. Dans le cas du modèle bi-dimensionnel, partant du même principe, nous cherchons à implémenter un modèle d'avalanches dans un tas de sable représenté par un réseau d'automates cellulaires bi-dimensionnel. Constatant que la multiplication des informations stockées dans la structure même du réseau offre un meilleur rendu-visuel, nous choisissons alors de généraliser cette méthode et abordons la description de notre propre réseau d'automates cellulaires.<br /><br />Les temps de calcul respectifs de chacune des simulations séquentielles ainsi que le fait que les réseaux d'automates cellulaires constituent un modèle canonique du calcul parallèle à fine granularité, nous incitent à développer des simulations parallèles et à les porter sur des ordinateurs parallèles tels que le CRAY T3E et l'ORIGIN 2000. Après avoir exposé la stratégie de décomposition de domaine que nous avons employée (avec équi-répartition de la charge des sous-domaines sur l'ensemble des processeurs et minimisation de la taille des problèmes aux interfaces), nous montrons l'intérêt d'utiliser une bibliothèque d'échanges de messages appropriée dans le cadre d'une décomposition de domaine régulière sur une architecture parallèle à mémoire distribuée.<br /><br />Les résultats obtenus sont révélateurs (pour la simulation bi-dimensionnelle du moins) de la très bonne parallélisabilité du problème posé. Ils nous permettent de présenter quelques copies d'écran des animations graphiques<br />obtenues et leur validation d'un point de vue géotectonique. Des développements futurs pourraient être orientés vers la mise au point d'une plate-forme logicielle parallèle adaptée, puis vers une étude de qualification de la concentration des déformations au sein de la plaque chevauchante.

Pour comprendre l'évolution tectono-métamorphique des unités de type Thiviers-Payzac dans la chaîne hercynienne, trois secteurs d'études ont été choisis: le Rouergue-Albigeois, le Quercy et la Vendée. Ces études pétrostructurales et géochronologiques ont permis de présenter l'évolution tectonique suivante:<br /> Au Dévonien moyen, un premier épisode provoque le charriage vers le SW de l'Unité Supérieure des Gneiss sur l'Unité Inférieure des Gneiss. Dans le Rouergue, les granites syntectoniques ont aussi enregistrés cette déformation. Vers 360 Ma, un deuxième épisode tangentiel provoque le charriage des unités de type Thiviers-Payzac vers le NW en contexte métamorphique barrovien. Lors d'une troisième phase vers 330 Ma, les unités précédemment structurées sont charriées vers le Sud sur l'ensemble Albigeois-Montagne Noire. La signification du deuxième épisode est également discutée en termes de géodynamique.

Le magmatisme a lieu principalement aux limites des plaques lithosphériques, où la déformation tectonique peut être importante. Afin d'étudier les interactions mécaniques entre la tectonique compressive et le magmatisme, nous avons développé une nouvelle technique expérimentale, dans laquelle un fluide (simulant les magmas) est injecté dans de la poudre de silice (simulant la croûte) en raccourcissement. Une première série d'expériences, dans laquelle la poudre de silice est homogène, montre que la présence de magmas induit la formation de chevauchements arqués et d'un plateau non déformé. Inversement, la déformation favorise la mise en place horizontale des magmas, et contrôle leur mise en place relativement passive dans un espace accommodé par la surrection tectonique du plateau. Dans une seconde série d'expériences, nous avons introduit des hétérogénéités dans la poudre de silice, afin de simuler une stratification. Nous montrons que les hétérogénéités peuvent contrôler la mise en place des magmas à l'interface entre les niveaux de comportements différents. Afin de valider nos résultats expérimentaux, les expériences sont comparées à un exemple naturel, le volcan Tromen en Argentine. Au cours de trois missions sur le terrain, nous avons effectué une étude cartographique, structurale et géochronologique du Tromen. Nous montrons que le contexte tectonique du Tromen pendant sa période d'activité volcanique était compressif. De plus, les résultats obtenus montrent des similitudes entre les structures observées sur le Tromen et celles obtenues dans nos expériences (chevauchements arqués, plateau peu déformé) validant ainsi nos résultats expérimentaux. Enfin, les structures obtenues dans nos expériences montrent également des similitudes avec les structures observées dans les Andes Centrales à l'échelle crustale. Cette comparaison nous permet de proposer un nouveau modèle de formation des hauts plateaux, tels l'Altiplano et le Tibet, qui demeurent de grandes énigmes géologiques.

Les marges passives présentent de nombreux indices de déformations postérieures à l'épisode de subsidence thermique, successif au rifting. Parmi ces déformations, la plus argumentée dans la littérature est la surrection, bien reconnue sur les marges nord-ouest européennes, ouest africaines, sud-ouest brésiliennes et indiennes. Elle est responsable d'une topographie élevée, ainsi que de perturbations importantes des systèmes sédimentaires marins et continentaux (identifiables sur images satellitaires). Des indices d'une tectonique récente en raccourcissement (plissements, failles...) sont également décrits sur ces marges et les données de sismicité, de mouvements de plaques tectoniques (DORIS), et des indications géologiques sont en faveur de contraintes compressives actuelles sur les marges passives péri-atlantiques Les causes suggérées de ces déformations sont diverses. Facteurs climatiques, tectonique régionale, ridge-push, point chaud, etc, sont envisagés dans la littérature. La modélisation nous permet de tester l'influence de certains de ces mécanismes sur la surrection et/ou le style et la localisation de la déformation. Le raccourcissement tectonique et l'influence des point-chauds ont ainsi été testés grâce à la modélisation analogique. Il en découle que les rhéologies des lithosphères océaniques et continentales, et les contrastes de résistance et de densité existant, ont une grande influence sur le style et la localisation des déformations. Un modèle numérique 2D en éléments finis nous permet de connaître l'influence de la thermicité initiale sur la déformation observée après le breakup. Ce modèle démontre notamment qu'une surrection des marges passives peut être induite par leur évolution thermique et que cette surrection est plus importante pour les marges volcaniques que pour les marges non-volcaniques. La rhéologie aura quant à elle une grande influence sur le style et la localisation de la déformation en compression, lorsque la marge est soumise à un raccourcissement horizontal. Il résulte de ces observations et modélisations que la déformation récente des marges passives est liée à des associations différentes de mécanismes selon chaque marge. Cependant certains mécanismes pourraient favoriser ces déformations (ridge-push ou contrainte compressive régionale, points chauds mis en place lors de leur formation ou postérieurement).

L'acquisition récente de 3000 km de données de sismique sparker haute résolution et morphobathymétriques EM 1000 dans le domaine côtier sud armoricain apporte des éléments qui éclairent l'histoire cénozoïque du Sud Bretagne et notre compréhension de la genèse des vallées et estuaires quaternaires. L'étude est basée sur la cartographie des éléments morphologiques, stratigraphiques et structuraux de la prolongation en mer des principaux fleuves de l'Odet, du Blavet, d'Etel et de la Vilaine. Elle a permis la reconnaissance de cinq paléo-réseaux hydrographiques. L'étude de l'évolution des profils longitudinaux et transversaux de ces réseaux, des surfaces d'abrasion marines qui les recoupent, de l'architecture interne de leur remplissage, et leur comparaison avec les réseaux contemporains préservés le long de la marge atlantique ont permis de discuter l'impact de la lithologie, de la tectonique et du climat sur la dynamique des paléo-réseaux hydrographiques.

Europe est un corps silicaté enveloppé d'une couche d'H2O de 80 à 140 km d'épaisseur formant en surface une croûte de glace I. La dissipation de chaleur générée par l'effet des marées du système jovien maintiendrait un océan liquide sous la croûte de glace et permettrait une dynamique interne. L'analyse morphologique menée sur diverses structures « géologiques » imagées par Galileo apporte des informations sur la structure, l'état thermique et les vitesses de déformation de la croûte. La profondeur des transitions rhéologiques est très variable selon la localité et le type de structure, et donc selon le processus géologique impliqué. La lente relaxation de 2 bassins d'impact permet d'estimer des flux de chaleur inférieurs à 30 mW.m-2 impliquant une croûte conductive de 9 à 32 km d'épaisseur reposant sur un océan froid. Néanmoins, d'autres structures montrent des indices d'écoulements à la faveur d'une pente régionale et de déformations verticales à grande échelle (~100 km) peu fréquentes à la surface d'Europe. En outre, nous avons mis en évidence une disparition importante de croûte autour d'une bande décro-extensive dont l'ouverture serait liée à la rotation non synchrone d'Europe. Ces résultats pourront servir à contraindre les modèles physiques développés par ailleurs.