La Craie, dépôt caractéristique de l'Europe du Nord durant le Crétacé supérieur, est un sédiment original dans l'histoire de la Terre, qui reste relativement mal compris. Cette étude vise à mieux établir la sédimentologie et la stratigraphie de la Craie du Bassin de Paris. Nous proposons un modèle de faciès de la Craie, depuis des environnements très proximaux, de shoreface, jusqu'à des dépôts distaux situés sous la limite d'action des vagues de tempêtes. Ce modèle et les données de subsurface sont utilisés pour réaliser des corrélations à haute-résolution à l'échelle du Bassin de Paris, en appliquant les méthodes de la stratigraphie séquentielle. Ces corrélations permettent de contraindre la géométrie 3D et la paléogéographie du Bassin de Paris au Crétacé supérieur. Ceci permet d'appréhender les différents paramètres (tectonique, eustatisme) qui contrôlent la sédimentation de la Craie. En particulier, nous montrons une réorganisation importante des contraintes intraplaques au Turonien supérieur depuis des contraintes orientées Est-Ouest vers un régime compressif globalement orienté Nord-Sud. Ce régime en compression, bien connu en Europe centrale et interprété comme la marque du début du cycle alpin, n'était jusqu'à présent pas reconnu à l'ouest du Massif Londres-Brabant. De même, cette étude apporte des éléments de contrainte pour la compréhension des variations eustatiques durant le Crétacé supérieur. Enfin, nous mettons en évidence, l'existence d'une circulation océanique, active à partir du Coniacien, associée à un contexte d'upwelling en Europe du Nord. À partir d'une confrontation entre la répartition mondiale de la craie et les données de prédiction des upwellings, nous avançons l'hypothèse que la présence de ce sédiment particulier sur des mers épicontinentales est directement lié à des dynamiques d'upwelling et à la paléocéanographie du Crétacé supérieur.

La croissance des reliefs et les flux sédimentaires associés à la dynamique des marges actives en subduction sont des processus encore mal connus. Les archives géologiques sont souvent difficiles d'accès ou bien simplement mal préservées à cause de déformations importantes. Le bassin avant arc d'Hawke Bay de la marge Hikurangi en Nouvelle-Zélande constitue un objet d'étude privilégié. En effet, il est peu déformé, partiellement émergé et actif pendant le Pléistocène, période au cours de laquelle l'âge des séries sédimentaires et certains facteurs comme le climat et l'eustatisme sont bien contraints. Une étude pluridisciplinaire, intégrant l'interprétation de données sismiques marines et terrestres, l'analyse de puits, de carottes et de coupes de terrain et l'observation des bassins versants a permis d'établir l'architecture stratigraphique à très haute résolution sur le dernier 1.1 Ma de ce domaine avant arc. Cette stratigraphie montre une organisation en un empilement complexe de 11 séquences de dépôt d'origine climato-eustatique (20, 40 et 100 ka) préservées dans des sous bassins contrôlés par les structures chevauchantes actives. Ces séquences sont caractérisées par des changements paléogéographiques profonds qui évoluent entre deux états extrêmes à chaque maximum glaciaire et optimum interglaciaire. Ainsi, le domaine avant arc d'Hawke Bay montre une segmentation en sous bassins isolés par des rides tectoniques émergeantes pendant les bas niveaux marins et submergées lors des hauts niveaux marins. Aux échelles de temps supérieures à 100 ka, ces structures actives sont à l'origine, dans chacun des bassins, d'une migration progressive vers l'arc des dépocentres des séquences sous l'influence combinée de la tectonique et la charge sédimentaire. Le calcul des volumes de sédiments préservés dans chacune des séquences de dépôt, depuis les sources les plus en amont jusqu'au pied des systèmes sédimentaires les plus profonds à l'aval, permet d'estimer des flux sédimentaires qui ont transité à travers le domaine avant arc au cours de Pléistocène supérieur. Ces flux varient de ~3 à ~6 Mt.a-1. Les variations de flux à long terme (100 ka à 1 Ma) correspondent à des changements de configuration tectonique (distribution de la déformation sur les structures) du domaine avant arc et traduisent la capacité des bassins à stocker des sédiments. Les variations enregistrées à plus court terme (<100 ka) sont corrélées aux importants changements climatiques Pléistocènes, qui modifient les taux d'érosion dans le bassin versant et par conséquent, le flux sédimentaire. Cette observation montre la forte sensibilité et réactivité du domaine amont aux variations environnementales, également illustrée par le doublement des valeurs de flux sédimentaires depuis l'arrivée des européens sur le territoire néo-zélandais au 18ème siècle et le déboisement intensif qui lui a succédé.

L'évolution d'un piémont de chaîne de montagnes est contrôlée par les interactions entre la tectonique, l'érosion et la sédimentation. Pour étudier ces processus, nous avons analysé des données morphométriques issues des piémonts orientaux du Tian Shan (NW Chine) et développé un nouveau type de modélisation analogique. Cette approche utilise un dispositif et un matériau expérimental spécialement conçus pour modéliser simultanément des structures tectoniques (failles, plis), une morphologie détaillée (bassins versants, rivières, cônes alluviaux, etc.) et une sédimentation stratifiée. Des techniques de mesure optique ont été également mises en oeuvre afin de quantifier l'évolution topographique et cinématique des modèles.<br />Les expériences réalisées offrent une opportunité inédite d'étudier l'évolution morphotectonique d'un piémont. Nos résultats montrent que la tectonique exerce un contrôle de premier ordre sur cette évolution. La propagation de la déformation et la formation des reliefs influencent en effet significativement le développement du réseau de drainage, l'évolution des bassins versants et la formation des marqueurs morphotectoniques. En particulier, l'analyse de la morphométrie des cônes alluviaux et de leurs bassins versants suggère qu'un équilibre dynamique s'installe entre la surrection, l'érosion et la morphologie. Nos résultats montrent également que l'apparition des terrasses est guidée par l'activité des chevauchements et les adaptations de l'hydrographie. Leur modèle de plissement répond à une déformation homothétique.<br />Cette nouvelle approche ouvre des perspectives d'étude prometteuses en géomorphologie, sismotectonique et stratigraphie.

Ce travail présente les résultats de l'analyse tectonique des deux décrochements dextres majeurs de la chaîne du Zagros formée lors de la collision des plaques Arabie/Eurasie au Néogène. La Main Recent Fault (MRF), marquant la limite nord-occidentale du Zagros, accommode une partie de l'obliquité de la convergence Arabie/Eurasie. Dans le Zagros central, la faille de Kazerun (KF), faille de socle de direction NS, recoupe entièrement la largeur de la chaîne. Elle est associée à des failles décrochantes, dont la faille de Karehbas, qui définissent un éventail ouvert vers le SE et pointant vers la terminaison SE de la MRF.<br />L'étude structurale et cinématique de ces failles permet de documenter une ré-organisation des structures et de la déformation dans le Zagros au cours du Néogène. Entre 9 et 5 Ma, la déformation transpressive distribuée à l'arrière de la chaîne a cessé au moment de la mise en place de la MRF impliquant le partitionnement de la convergence. Vers 3 Ma, la terminaison SE de la MRF s'est connectée à la terminaison nord de la KF. Par l'intermédiaire des failles du Zagros central formant le système en éventail, le déplacement de la MRF se voit dès lors distribué vers l'est sur les plis et les chevauchements du Zagros oriental. A l'échelle du Zagros, ces failles peuvent donc être perçues comme formant la terminaison en queue de cheval de la MRF.<br />L'analyse de marqueurs géomorphologiques datés (datation 36Cl, datation U/Th) et décalés par ces failles permet de déterminer le taux de déplacement horizontal le long des décrochements sur les derniers 140 ka. Il est de 6 ± 1 mm/an pour la MRF. Il varie du nord au sud de la KF de 4 mm/an à presque 0 mm/an. Il est de 6 ± 1.5 mm/an pour la faille de Karebhas. Ces vitesses, au regard des données GPS disponibles, permettent de conclure à un partitionnement total de l'obliquité de la convergence le long de la MRF, et à un transfert progressif du mouvement de la MRF du NW vers le SE sur les terminaisons courbées et chevauchantes des trois zones de failles de la KF et des failles associées. <br />L'activation de ce système de failles dextres est liée à la ré-organisation de la collision Arabie-Eurasie, à 5 ± 2 Ma. L'hypothèse d'un détachement du panneau lithosphérique Arabique subduit sous le Zagros et l'Iran central est considéré comme une cause de la mise en place du partitionnement.

La prise en compte du risque sismique dans une région donnée passe par l'évaluation de l'aléas, c'est-à-dire la probabilité qu'un séisme de magnitude définie se produise dans un intervalle de temps défini. Le calcul de cette probabilité repose sur certains paramètres sismo-tectoniques locaux tels que la fréquence des tremblements de terre destructeurs, leur magnitude ainsi que le taux de déformation annuel. Ces paramètres ne seront convenablement déterminés qu'en disposant d'une fenêtre d'observation représentative des phénomènes en jeu. Face à des périodes de retour variant de quelques décennies à plusieurs millénaires, les données sismologiques instrumentales et historiques se révèlent souvent insuffisantes. Afin de compléter les catalogues de sismicité disponibles, nous avons appliqués les méthodes de la paléosismologie à deux régions très différentes : la région de Bâle (sud du Fossé Rhénan) frappée par un séisme destructeur en 1356 et la région d'Izmit (est de la Mer de Marmara) en grande partie détruite en Août 1999 par un séisme de magnitude 7.4.<br />Une étude intégrée complète de la région de Bâle a permis d'identifier la faille responsable du dernier grand séisme puis de retracer son histoire sismique holocène. Nous avons ainsi démontré qu'elle est le lieu d'un évènement de magnitude 6.4-6.7 tous les 2600 ans, en moyenne. De plus, nous donnons des indications fortes sur son prolongement au travers de la ville de Bâle, au nord, et du Jura Plissé, au sud. Ces résultats ont une incidence directe sur le niveau de risque sismique régnant dans la région. En effet, celui-ci a diminué d'un degré depuis la prise en compte de ces éléments jusqu'ici inédits.<br />Nous avons appliqué une approche similaire, quoique adaptée, à la faille Nord Anatolienne autour de la Mer de Marmara. Une campagne de tranchées menée sur la faille de Ganos à l'ouest et sur le segment Izmit-Sapanca à l'est ainsi que des profils de radar géologique ont mis en évidence plusieurs évènements récents et permis de déterminer l'amplitude des mouvements co-sismiques produits lors de ces séismes. Ceux-ci montrent clairement un comportement caractéristique des deux côtés de la Mer de Marmara, avec toutefois des déplacements co-sismiques différents : 4 à 5 m pour Ganos et 2 à 2.5 m pour Izmit-Sapanca.

L'étude de la localisation de la déformation dans un milieu fragile/ductile s'inscrit dans la compréhension mécanique du développement des réseaux de fractures multi-échelles, caractéristiques de la déformation intra-continentale. Une approche expérimentale, simulant un contexte de collision à l'échelle lithosphérique, a été mise en oeuvre. Elle permet de décrire et de suivre dans le temps un mode de rupture, dans lequel les réseaux de failles obtenus présentent des propriétés statistiques similaires à celles des réseaux naturels. Une analyse détaillée de l'organisation des hétérogénéités et des déformations dans ces expériences permet d'obtenir des informations importantes sur l'évolution de ces systèmes et sur la localisation de la déformation à grande échelle. La déformation d'un analogue de la lithosphère continentale peut ainsi être caractérisée par trois facteurs : le paramètre fragile/ductile G, le nombre d'Argand Ar et les conditions aux limites. G, lié au couplage fragile/ductile, contrôle le degré de localisation de la déformation. Ar caractérise le rôle des forces gravitaires sur l'expression du mode de déformation dominant (compressif, décrochant ou extensif). Les conditions aux limites influent sur la répartition spatiale de ces modes de déformation. A partir de l'analyse des champs de déformation, le processus de localisation est découpé en deux phases : la phase pré-localisation et la phase post-localisation. La phase pré-localisation se traduit par une augmentation de la déformation moyenne avec le temps selon une loi de puissance, dont l'exposant est indépendant de la rhéologie du milieu. Elle se caractérise par une organisation progressive des déformations, qui s'accompagne d'une augmentation de la longueur de corrélation. Cette phase pré-localisation semble se faire sur une période de temps indépendante de la rhéologie du milieu comme du mode de déformation. Elle aboutit au développement du réseau de failles. La phase post-localisation est caractérisée par une organisation des déformations selon des lois d'échelles, dont la dimension fractale est fonction de la rhéologie du milieu. Bien que la déformation moyenne et la longueur de corrélation (de la taille du système) soient stabilisées, le système reste dynamique, comme en témoignent les fluctuations observées au niveau de la masse des failles actives ou de la dimension de corrélation. Dans la mesure où la mécanique du couplage fragile/ductile ne peut être expliquée à partir des expériences, celle-ci est abordée au travers de simulations numériques. Le rôle de la viscosité du milieu ductile sur le caractère localisé ou diffus de la fracturation dans le milieu fragile y est plus particulièrement étudié. Les résultats montrent notamment qu'une variation d'un ordre de grandeur de la viscosité permet de passer d'un mode de fracturation diffus à localisé.

La variété des faciès et des environnements de dépôt de l'Oxfordien de Lorraine est à l'origine d'un nouveau découpage lithostratigraphique proposé dans ce mémoire. L'étude de l'Oxfordien de Lorraine à partir des données d'affleurement et des données diagraphiques de subsurface en termes de sédimentologie de faciès et de stratigraphie séquentielle a permis de décrire 13 cycles de dépôt transgressifs-régressifs. Les systèmes de dépôt ont évolué depuis une rampe argilo-carbonatée à vergence sud jusqu'à une rampe à argilo-carbonatée à vergence nord en passant par une plate-forme carbonatée récifale et/ou oolithique ouverte à la fois sur la Téthys et sur la Mer germanique. Les reconstitutions des paléoenvironnementales ont permis de proposer des cartes d'isopaques ainsi que des cartes paléogéographiques pour différentes périodes de l'Oxfordien. Les 13 cycles de dépôt oxfordiens s'inscrivent dans 6 cycles transgressifs régressifs à moyenne fréquence pour lesquels les ennoyages sont contemporains d'évènements tectoniques dans 5 cas sur 6. Des amplifications des chutes du niveau marin relatif à haute fréquence s'observent en contexte transgressif et sont contemporaines de changements climatiques. Les 6 cycles s'inscrivent dans un cycle régressif-transgressif à basse fréquence dont le minimum d'accommodation se situe dans la partie supérieure de l'Oxfordien moyen. Enfin, malgré certains problèmes de datations, la comparaison entre la Lorraine et les régions voisines (Jura septentrional français, Jura suisse, Bassin du Sud-Est, Bourgogne, Bassin du Sud-Est et Normandie) permet de mettre en évidence une influence de la tectonique sur l'architecture séquentielle.

L'évolution à long terme des reliefs continentaux résulte de couplages complexes entre processus d'érosion et mouvements tectoniques qui tendent à s'équilibrer pour atteindre éventuellement un état stationnaire. La partie érosion de ces couplages est gouvernée par l'interaction entre des processus élémentaires de versant et de rivière, étroitement couplés, qui contrôlent l'organisation spatiale du réseau de drainage. Ces processus sont caractérisés par des vitesses d'érosion et de transport lentes sur les versants et très rapides dans les rivières, et dépendent souvent non-linéairement de la pente topographique et du flux d'eau. Il en résulte une dynamique complexe à l'échelle locale dont les conséquences à l'échelle continentale sur la vitesse et les volumes de matière transportés ne sont pas encore comprises. L'objectif de cette thèse a été de comprendre et modéliser cette dynamique à l'échelle des temps géologiques, dans le cadre de perturbations tectoniques simples, et pour des conditions climatiques constantes. Nous utilisons un modèle numérique permettant de simuler l'action de différents processus d'érosion de versant et de transport fluvial. Les solutions hors équilibre prédites par ce modèle ne pouvant être validées analytiquement ou à partir de données naturelles, une approche expérimentale inédite a été développée. Elle permet d'étudier précisément l'évolution d'une topographie soumise à l'action simultanée d'une surrection simple et de processus d'érosion et de transport par ruissellement. Au cours d'une expérience, la surface s'auto-organise d'abord en une série de bassins versants de géométrie similaire aux systèmes naturels, puis l'altitude moyenne du système s'approche quasi-exponentiellement d'une valeur constante, traduisant un état d'équilibre macroscopique. L'analyse couplée des expériences et des simulations numériques montre que cette dynamique dépend fortement de la présence de zones de drainages internes non connectées aux conditions limites du système, du degré de non-linéarité entre érosion et pente topographique et de l'existence d'un seuil d'érosion. A partir de l'analyse de systèmes naturels, via le formalisme de la relation pente-aire drainée, nous mettons en évidence l'existence d'un tel seuil dans les systèmes naturels. Pour ce faire nous avons développé un nouveau critère morphologique permettant de caractériser l'état dynamique des reliefs naturels. L'hypothèse d'équilibre dynamique entre érosion et tectonique, nécessaire à l'interprétation correcte des relations entre formes topographiques et processus d'érosion, peut être ainsi (in)validée. Ces résultats suggèrent que le seuil d'érosion habituellement négligé dans le calibrage des lois d'érosion élémentaires doit être explicitement pris en compte pour prédire correctement les formes topographiques naturelles, la dynamique de la croissance des réseaux de drainage et les relations à l'échelle continentale entre taux de dénudation et paramètres topographiques.

Le Permo-Trias de la région de l'Oued-Ourika peut être subdivisé en trois groupes et 6 formations, de haut en bas; * Groupe de Rojdama. Formation 6 : Siltite de Tafilalt * Groupe du Timenkar. Formation 5 : Grès de ['Oukaïmeden Formation 4 : Siltite d'Anouffig F ormatian 3 : Çonglomérat de Timalizène * Groupe de Tanoumri. Formation 2 : Siltite de Cham-el-Houa Formation 1 : Conglomérat d'Anrar Chacun de ces groupes est discordant par rapport aux autres. Deux faciès ont été reconnus .l'un au Nord ou faciès subatlasique, l'autre au Sud ou faciès des Hauts-Plateaux marqué par l'absence du groupe inférieur. Des fossiles ont été découverts : Os et empreintes de vertébrés, lamellibranches, flores et pollens, brachiopodes et échinodermes Des corrélations établies avec les régions voisines ont contribué à préciser l'âge des formations de notre région : Les formations 1 et 2 seraient d'âge permien (Autunien ?). Les formations 4,5,6 seraient du Trias supérieur. La formation 3 représente une série condensée ou une lacune de sédimentation, d'âge indéterminé. La paléogéographie a été précisée : De petits bassins continentaux permiens (formations 1 et 2) ont évolué en un vaste encroûtement (formation 3) balayé par les vents, s'étalant sur toute la région. Sur cette surface très plate s'est installée une sédimentation littorale, deltaïque dont l'influence marine s'accentue depuis la base de la formation 4 jusqu'au sommet de la formation 5. Le rivage, allongé du NE au SW, était parcouru par un fort courant marin venant du NE et séparait le contient (au SE) du domaine marin (au NW). Avec la formation 6, le bassin s'élargit sur l'ensemble du Maroc et se comble; des évaporites apparaissent, une sédimentation continentale s'installe avec des épanchements basaltiques aériens ou lacustres. Cette sédimentation était contrôlée par une tectonique distensive de failles normales N.70 héritées des époques hercyniennes; au Carnien apparaît une composante horizontale sénestre dans le rejet de ces failles, révélée par l'existence d'un système distensif de horsts et grabens, oblique par rapport à la direction N.70 et visible au sommet de la formation 5 sur la zone des hauts-Plateaux. Cette tectonique permo-triasique, contrôlait la subsidence qui a migré du Nord (Permien) vers le Sud (Trias). Au sein de cette série permo-triasique détritique rouge, une minéralisation en cuivre et uranium associée à la matière organique est concentrée dans des lentilles à la base de la formation 5 (type pénéconcordantl et dans un niveau stratiforme au sommet de cette formation 5. L'origine de cette minéralisation, qui semble être endoépigénétique, permet de rejeter l'hypothèse d'une origine primaire de la coloration rouge de cette série.

Dans un but de prospection pour la compagnie Buenaventura nous avons étudié et cartographié au 1/25 000 une portion de la haute Cordillère Occidentale du Pérou Central (partie septentrionale entre 10°32 'S et 10° 48'S, 150km au N de Lima) à l'Est du batholithe côtier. Ce mémoire débute par la description de la profonde vallée du rio Huaura qui offre une coupe naturelle perpendiculaire à l'axe de la Cordillère Occidentale et permet d'en recouper toutes les structures.La stratigraphie, tectonique, le volcanisme et lla métallogénie sont étudiées.