Le régime tectonique actuel de la chaîne des Alpes centrales/occidentales est analysé grâce à une compilation de 389 mécanismes au foyer. Cette synthèse met en évidence l'importance des phénomènes extensifs, caractérisant l'ensemble de la 'haute' chaîne. Les directions d'extension sont orientées perpendiculairement à l'orogène, tandis qu'en domaine externe, les directions de compression sont orientées en éventail perpendiculaire à l'arc alpin, dans un contexte globalement décrochant (dérivant localement vers l'extension ou la compression).<br />Un modèle de ré-équilibrage gravitaire est avancé et testé par modélisation numérique en éléments finis, d'une part en 2.5D, d'autre part en 2D (coupe ECORS). Ces études de modélisation montrent l'importance des phénomènes d'étalement gravitaire dans la chaîne, aboutissant à un régime de déformation/contraintes proche de celui observé par les outils sismotectoniques et permet de proposer un régime tectonique actuel post-collisionnel au niveau des Alpes centrales/occidentales.<br />Des études de quantifications de la déformation montrent des taux de déformation faibles, de l'ordre de 1 à 3 mm/a pour les calculs sur base GPS et de 0.1 à 0.4 mm/a pour les calculs sur une base sismologique (la différence entre les deux quantifications posant la question des déformations asismiques dans la chaîne). Les taux de rotation montrent des rotations faibles, de 2 à 2.5 degrés/Ma, probablement associé à la rotation antihoraire de la plaque Apulienne qui entraînerait la rotation antihoraire du coeur de l'arc, tandis que des rotations horaires observées en domaine externe résulteraient de la rotation de blocs situés le long des grands décrochements dextres de la bordure occidentale de l'orogène.

Cette thèse s'est intéressée à l'étude des interactions entre tectonique et érosion à différentes échelles spatio-temporelles dans le contexte himalayen, à l'aide de la modélisation numérique. Nous avons pu montrer que : A l'échelle du pli, le détournement des rivières antécédentes lors de la croissance d'une structure dépend des puissances relatives de l'érosion et de la tectonique, mais aussi et principalement du pendage du décollement ; A l'échelle du système chevauchant, la dynamique d'évolution d'un prisme est fortement influencée par les processus de surface et en particulier par l'incision des rivières. Dans certains cas pour lesquels l'érosion est très importante, la propagation frontale du prisme est même impossible ; A l'échelle crustale, les déformations et les flux de matière, et donc les caractéristiques des roches exhumées dans le système Himalayen, dépendent fortement de la localisation et de l'intensité des précipitations, ainsi que de la présence ou non de sédimentation à l'avant de la chaîne.

Ce dossier d'habilitation à diriger des recherches dresse un bilan de mon activité de recherche effectuée depuis l'obtention de ma thèse de doctorat, d'abord au Research School of Earth Sciences de l'Australian National University (1995-1997) et depuis 1998 au Laboratoire de Géodynamique des Chaînes Alpines de l'Université Joseph Fourier. Il présente également le projet scientifique que j'envisage de poursuivre dans les années à venir. Je présente dans la première partie mon Curriculum Vitae avec un bilan succinct des thèmes de recherche que j'ai développés, mon activité d'encadrement de jeunes chercheurs et d'enseignement, ainsi qu'une liste de mes publications et conférences. La deuxième partie propose quelques éléments de réflexion sur les relations entre tectonique, érosion et l'évolution du relief à long terme. Après une introduction générale, je dresse le bilan de ma contribution sur ce terrain, en ce qui concerne le développement et l'utilisation de modèles numériques des processus de surface pour étudier l'évolution du relief, ainsi que dans l'acquisition de données thermochronologiques pour contraindre les taux de dénudation. La troisième et dernière partie de ce mémoire présente mon projet de recherche, axé sur le développement des modèles numériques des processus de surface et la mise en œuvre de nouvelles bases de données permettant d'appréhender l'évolution du relief. Afin de permettre une plus grande accessibilité pour tous les membres du jury d'habilitation, les deuxième et troisième parties de ce dossier seront rédigées en anglais.

Cette thèse s'est intéressée à l'étude du rôle de la tectonique et du climat sur l'évolution d'une rivière (Pilcomayo) située en Bolivie. Pour y parvenir, nous avons développé un modèle numérique appelé COBASE qui permet de simuler sur de grandes échelles de temps et d'espace la dynamique fluviale de la rivière en intégrant le transport des sédiments dans la rivière et sur les versants du bassin. Le transport le long des versant est simulée par une loi de diffusion, avec un seuil de transport sur le versant fourni par un taux d'érodabilité des sols, le transport fluviatile est simulé par loi type d'Einstein, en supposant un écoulement permanent uniforme et une largeur de la rivière déduite d'une loi géomorphologique empirique. Nous avons pu montrer que : Du point vue général, notre modèle prédit des phases transitoires durant lesquelles le relief s'érode mais où le système fluviatile n'évacue qu'une partie des sédiments. Cette propriété est évidemment vérifiée pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par le transport, mais peut également l'être vrai pour des valeurs des paramètres caractéristiques d'une érosion limitée par l'érodabilité. Du point de vue régional, dans la partie amont de la Pilcomayo, la tectonique ne contrôle pas l'évolution de la rivière, bien qu'elle puisse influencer localement de façon qualitative et quantitative le remplissage sédimentaire. Le climat influe sur l'évolution du bassin versant. Il contrôle, en effet, l'incision et la nature des éléments qui se déposent dans la rivière. Aussi les variations du climat influencent fortement les phases d'aggradation ou d'incision dans le cours de la rivière principale. Les enseignements tirés de cette modélisation nous ont permis de proposer une corrélation entre les remplissages sédimentaires observés sur le terrain sur la rivière Pilcomayo et les variations climatiques régionales à l'échelle de l'Holocène: les phases humides de longues durées (plus de 5 000 ans) induisent de fortes incisions, les phases sèches induisent des phases d'aggradation, tandis que des alternances rapides de périodes sèches ou humides on une signature plus complexe.

L'enchaînement des épisodes de fracturation et de circulation de fluides ainsi que les phases de déformations synsédimentaires a été caractérisé dans les terrains jurassiques de l'Est du Bassin de Paris. L'étude s'appuie sur une base importante d'observations nouvelles de terrain et sur des données de forages ainsi que sur la caractérisation géochimique et isotopique de différents objets diagénétiques et tectoniques. Sur la base de données de décompaction des terrains et de la découverte de filons sédimentaires, un contexte tectonique extensif est défini entre la fin du Dogger et le Malm. Ces déformations précoces s'intègrent dans un calendrier tectonique partant de la fin du Mésozoïque jusqu'à l'Actuel, dont l'enchaînement des paléocontraintes associées aux phases tardi-crétacées et tertiaires est précisé. L'étude détaillée des stylolites stratiformes a confirmé leur rôle pendant la compaction et lors de réactivations tectoniques. L'analyse des signatures isotopiques (δ18O et δ13C) des calcites de fentes de tension et des roches encaissantes a permis de proposer plusieurs origines et modes d'écoulements pour les paléocirculations depuis le Jurassique jusqu'au Tertiaire.

Dans les séries terrigènes, les cycles stratigraphiques sont présents sur une large gamme de périodes (0.01-100 Ma), et sont dus aux variations du rapport entre l'espace disponible à l'accummulation des sédiments et le flux sédimentaire. Quelle est la responsabilité de chacun de ces paramètres dans l'origine et l'expression des cycles stratigraphiques, en particulier à haute-fréquence (10-100 ka) où tous interviennent ? Si les variations d'espace disponible d'échelle régionale ou globale (tectonique et climat) existent à ces fréquences et sont une origine fréquement admise, on connaît mal (1) l'influence de la croissance des structures tectoniques intra-bassin (plis et failles) sur leur expression, et (2) les contrôles du flux sédimentaire à haute-fréquence. Ce travail examine ces deux aspects à travers l'étude sédimentologique d'un anticlinal de croissance, et la modélisation numérique de l'effet de la zone de transfert (rivières) des sédiments sur la variabilité du flux sédimentaire.

Les transitions spatiale et temporelle de la subduction à la collision sont des charnières géodynamiques. Nous précisons dans ce travail le rôle et le devenir de ces zones grâce à des modèles analogiques et l'étude tectonique d'un cas réel. La modélisation a montré qu'une transition temporelle entre subduction et collision est toujours marquée par une phase de subduction continentale. La durée de cette phase dépend de la façon dont se déforme la lithosphère subductée en profondeur. Plus elle se déforme, plus courte est la subduction continentale. Dans le cas d'une transition latérale entre subduction et collision, la déformation de la plaque supérieure est aussi fonction de sa résistance à la déformation et notamment de l'existence de zones de faiblesse. Notre analyse tectonique montre que la déformation actuelle à la transition Zagros-Makran (SE Iran) est distribuée sur un large domaine, au niveau de deux systèmes de failles, d'orientation N 160° et N 0°. Le régime est globalement transpressif, et montre deux phases distinctes. 1-Mio-Pliocène : failles inverses avec un probable partitionnement avec des plis. 2-Plio-Quaternaire : déformation purement cassante, avec une contrainte principale horizontale, s1, de direction NE-SO, homogène sur toute la zone. L'analyse de marqueurs géomorphologiques décalés et datés (datations 10Be, et corrélations paléoclimatiques et archéologiques), nous a permis de déterminer les vitesses de déplacement de chaque faille et d'obtenir le déplacement total sur la zone, de 12±2 mm/a dans une direction environ ~10°. La distribution de la déformation montrée par la tectonique peut être attribuée à la prolongation du slab du Makran sous le Zagros, et montre, comme la modélisation, à quel point la déformation de surface est tributaire de processus profonds. La déformation en Iran comme celle des modèles montre de plus une forte localisation de la déformation par des zones de faiblesse héritées de l'histoire géologique régionale.

L'objectif de la thèse est de vérifier le long de la côte Est de l'Amérique du Sud le modèle qui lie la tectonique en extension accompagnant la formation d'une marge passive, avec la mise en place de certaines minéralisations filoniennes et l'occurrence de mécanismes diagénétiques dans les grands bassins sédimentaires limitrophes. Dans ce but, deux cent échantillons d'argiles ont été récoltés, préparés, et analysés par diffraction de rayons X pour les sélectionner en vue de leur datation, depuis la Patagonie jusqu'au Nord du Brésil, et dans le Bassin du Parana. Les âges K/Ar et Rb/Sr mesurés montrent: - un événement diagénétique daté de 200 Ma environ, et contemporain de la première fragmentation du Gondwana; - un événement diagénétique de haute température de même âge que les basaltes du Parana, vers 138 - 129 Ma; - des mécanismes diagénétiques de plus basse température altérant les basaltes, et des minéralisations à F et U, dans l'intervalle 120 - 50 Ma. Ces deux derniers processus entrent dans le cadre de l'extension, contemporaine de la formation de l'Atlantique Sud. Trois occurrences minéralisées relèvent de mécanismes différents et leur âge les dissocie de la tectonique en extension de l'Atlantique Sud. L'altération diagénétique de basaltes du Parana est considérée comme responsable de la dispersion des datations K/ Ar conventionnelles en roche totale. Tous ces résultats conduisent à la conclusion que les mécanismes liés à la tectonique en extension sont bien, là aussi, responsables à la fois de certains venues minéralisées et de l'altération diagénétique dans les grands bassins sédimentaires voisins.

La série permotriasique du Haut-Atlas Central (Maroc) est étudiée sous divers aspects: L'étude stratigraphique, sédimentologique et paléontologique a permis de diviser cette série en six formations: F1 et F2 attribuées au Permien par analogie latérale. de faciès, de type torrentiel de comblement de bassins locaux; F3 d'âge difficile à préciser, la sédimentation est toujours continentale, mais de glacis, à croûtes et sols carbonatés; F4, F5 (elle-même subdivisée en trois membres F5a, F5b, F5c) et F6 d'age trias supérieur: l'étude paléontologique de plusieurs gîtes fossilifères (Lamellibranches, pollens, gymnospermes, traces de pas de vertébrés) précisent l'âge Carnien supérieur (= Tuvalien) du membre F5a. Le dépôt est marin littoral. Une tectonique synsédimentaire distensive, héritée de la tectonique hercynienne est mise en évidence. L'analyse des paléocourants, la typologie des zircons et l'étude pétrographique, ont permis de situer l'origine des sédiments dans un secteur localisé au Sud, Sud-Est et à l'Est du bassin étudié, plus précisément dans l'Anti-Atlas.

Ce travail de thèse porte sur la détection et la mesure des déformations tectoniques inter-sismiques de surface sur l'île de Taiwan, dont la formation résulte de la collision active entre les plaques tectoniques Eurasienne et Philippines (avec une vitesse de convergence de 8,2 cm/an). Nous utilisons pour cela la méthode interférométrique des réflecteurs persistants (aussi appelée PS). Cette méthode est basée sur l'analyse d'une série d'images radar acquises à différentes dates sur une même zone. Son intérêt majeur est de pouvoir effectuer un suivi spatio-temporel des faibles déformations avec une densité de points de mesure nettement plus élevée que celle offerte par les réseaux de mesure géodésiques. Nous utilisons par ailleurs des données PALSAR du satellite japonais ALOS opérant en bande L (avec une longueur d'onde de 23,6 cm), qui permettent d'améliorer grandement les résultats interférométriques sur les zones à fort couvert végétal. Nous montrons que l'utilisation combinée de la technique PS et des données ALOS fournit de nouveaux éléments notoires dans le cadre du suivi des déformations inter-sismiques de Taiwan. Nous calculons sur différentes zones de l'île des cartes des déplacements moyens de la surface terrestre, ainsi que les séries temporelles de das déplacements associées (avec une mesure de déplacement pour chaque date d'acquisition radar). Trois zones majeures de la collision actuelle ont été sélectionnées et les résultats obtenus sont sans précédent. La Vallée Longitudinale, située à l'Est de l'île entre la Chaîne Centrale et la Chaîne Côtière, absorbe envionr 1/3 de la convergence totale; le raccourcissement horizontal mesuré au travers de la vallée est d'environ 3 cm/an. La déformation se localise principalement sur la faille de la Vallée Longitudinale, pour l'essentielle de manière asismique. La carte des déplacements moyens calculée sur la période 2007-2010 nous permet de localiser cette faille inverse avec une grande précision (entre 50 et 100 mètres), améliorant ainsi grandement les précédentes cartes. Nous estimons également le taux de glissement inter-sismique de la faille (variant entre 1 et 3,2 cm/an), et analysons ses variations spatio-temporelles. Ces résultats sont en accord avec les données de mesure par GPS continu. La péninsule de Hengchun, au Sud de l'île, permet d'étudier les déformations les plus récentes observables à Taiwan. Cette péninsule est située au sommet du prisme d'accrétion actuel, et la structure tectonique majeure est la faille inverse de Hengchun. Sur cette zone, la trace au sol de la faille est mise en évidence et cartographiée. Le taux de glissement inter-sismique y est estimé à environ 1 cm/an. Enfin, nous menons une étude des déformations lentes affectant la Plaine Côtière, au Sud-Ouest de l'île. Plusieurs types de déformation y sont observés entre 1995 et 2010: le soulèvement de l'anticlinal de Tainan, la subsidence de la plaine de Pingtung, l'activité de la faille de Fengshan et la subsidence autour de la rivière Choshui.