La compréhension de la dynamique interne du noyau terrestre nécessite l'observation des<br />fluctuations du champ magnétique en des sites répartis uniformément à la surface du globe<br />pour différentes périodes de temps. La première partie de cette thèse présente les résultats<br />d'une étude paléomagnétique, en direction et en intensité, réalisée sur des laves oligocènes<br />de l'archipel des Kerguelen (49° 20'S, 70° 20'E) en vue de compléter les bases de données<br />internationales. Celle-ci a permis d'évaluer la dispersion angulaire inter-coulées entre 21.2 et<br />21.8° par rapport au pôle géographique. Cette estimation de la variation paléoséculaire oli-<br />gocène est en accord avec le Modèle G de McFadden et al. (1991) pour la période 22.5-45<br />Ma. Les 12 déterminations de paléointensité reportées sont les premières d'une bonne qualité<br />technique obtenues pour cette région. Le moment dipolaire virtuel moyen leur étant associé<br />(6.15+-2.1 10e22 Am2), est plus élevé que la valeur précédemment estimée pour l'oligocène.<br />Néanmoins, il reste bien inférieur à la valeur moyenne obtenue pour les périodes récentes<br />( 0.3 Ma), qui semblent anormalement élevées.<br /> <br />D'autre part, le travail réalisé au cours de cette thèse contribue aux recherches géologiques<br />menées à Kerguelen en apportant des contraintes propres au paléomagnétisme. A partir<br />d'études de la fabrique magnétique, une meilleure localisation des centres éruptifs des dif-<br />férentes provinces volcaniques ainsi qu'une chronologie détaillée de la mise en place d'une<br />section de la partie Sud-Est de l'archipel, sont proposées. Le report sur une échelle magnéto-<br />stratigraphique globale des successions de polarité observées pour cinq sections a permis par<br />ailleurs de préciser leurs intervalles de temps de mise en place et réviser ainsi l'estimation de<br />leurs taux d'éruption respectifs.

Quel est le défi des sciences de la terre et de l'environnement aujourd'hui? Depuis la révolution de la théorie de la tectonique des plaques, l'évolution des surfaces continentales a été associée aux interactions des plaques lithosphériques. Plus récemment, la révolution de la modélisation numérique a bousculé le paradigme de la tectonique en montrant l'importance des interactions entre processus externes (ex. climat, érosion, altération) et processus internes (ex. géodynamique, topographie dynamique). D'une part, les modèles climatiques montrent que les changements régionaux (moussons, aridification...) ainsi que globaux (refroidissement, pCO2...) peuvent être attribués à des phénomènes d'origine interne par le biais de variations dans la distribution des reliefs, des mers et des continents. D'autre part, les modèles géomorphologiques montrent que ces processus internes peuvent être influencés en retour par les variations climatiques par le biais de l'érosion de la surface des continents. Ce qui est nécessaire aujourd'hui, pour tester et calibrer les modèles, c'est une méthodologie qui permette de différencier et de quantifier les contributions respectives des processus internes et externes sur les variations paleoenvironnementales observées pendant les changements régionaux et globaux. En utilisant les outils et l'expérience acquis pendant mes travaux antérieurs, je développe cette méthodologie dans le cadre des travaux de recherche présenté dans cette thèse. La clef de la méthodologie préconisée est basée sur la chronologie fine par datation haute-résolution des enregistrements sédimentaires dans les bassins en utilisant les techniques de magnéto- et cyclostratigraphiques. En effet, une résolution en âge suffisante permet de corréler (ou pas) des variations paleoenvironnementales locales aux cycles astronomiques modulés par la géométrie orbitale de la terre, aux archives marines du climat global ou aux évènements géodynamiques et tectoniques. Cette approche ne prend sa réelle mesure que dans le cadre d'une intégration stratigraphique multidisciplinaire. Je présenterai mon projet principal portant sur les forçages internes et externes des variations paleoenvironnementales dans le contexte de la collision Inde-Asie pendant les évènements climatiques globaux paléogènes. De plus, je décrirai deux autres applications chrono-stratigraphique sur les couplages tectonique-érosion-sédimentation dans l'Himalaya et les interactions climat-évolution dans les bassins à hominidés du rift Est Africain.

La corrélation entre les différents puits disponibles des unités stratigraphiques identifiées correspond à l'une des premières étapes de la construction d'un modèle de sous-sol. Les horizons stratigraphiques construits définissent, de part leur géométrie et leur topologie, l'architecture stratigraphique du sous-sol guidant simulations géostatistiques des propriétés réservoirs et des faciès. Cependant, la faible qualité et/ou quantité des données disponibles ainsi que la complexité de la mise en oeuvre des concepts sédimentologiques utilisés pour construire un modèle de corrélation rendent cette étape incertaine. Afin de gérer et d'échantillonner ces incertitudes, une méthode stochastique de corrélation stratigraphique est proposée. Cette méthode se base sur le développement de règles de corrélation, assises sur des concepts sédimentologiques ainsi que sur les connaissances a priori de la zone étudiée. Cette méthodologie est appliquée à la corrélation de séquences stratigraphiques de la de marge carbonatée, d'âge Crétacé Supérieur, du bassin Sud-Provençale. Dans cette optique, deux règles de corrélations, basées sur la cohérence des paléoangles et sur une représentation de la paléotopographie construite a priori sont définies. L'étude de la répartition des faciès dans les différents modèles de corrélations générés indique que les incertitudes sur les corrélations stratigraphiques conduisent à envisager plusieurs scenarios de compartimentation de réservoir. Une étude liant corrélations stratigraphiques, simulations d'écoulement et géophysique est menée sur le champ de gaz de Malampaya. Dans ce cas, des unités diagénétiques sont corrélées afin de construire différents modèles statiques et dynamiques de ce réservoir. Cette étude permet de montrer un fort contrôle stratigraphique sur la répartition de l'écoulement alors que l'imagerie séismique semble moins affectée. L'étude de dépôts fluviaux deltaïques au niveau du bassin de la mer du Nord sert de base au développement de règles de corrélations intégrant des informations issues de l'imagerie séismique. Ces nouvelles règles de corrélations permettent de mieux contraindre le problème de corrélations stratigraphique lorsque les sédiments enregistrés au niveau des puits montrent une forte cyclicité. La magnétostratigraphie est une autre source d'information permettant d'étudier l'histoire du remplissage et de la déformation de bassins sédimentaires. Le développement de règles dédiées à cette discipline, et l'utilisation de celles-ci sur des séries sédimentaires himalayennes, permet d'appréhender les incertitudes sur l'âge des sédiments ainsi que sur les paléo-taux d'accumulation de sédiments / Stratigraphic correlation consists in linking boundaries of correlative units between wells or outcrops over a given study area, and is therefore one of the first steps of the characterization of the subsurface geometry, supporting geostatistical modeling of static reservoir properties. However, this early step is subject to uncertainties, since stratigraphic well correlation is constrained only by sparse observations (wells and outcrops), low resolution information coming from geophysics, regional knowledge and geological concepts. The Dynamic Time Warping (DTW) algorithm serves as a base for the development of a generic method stochastically performing stratigraphic correlation between units identified on available wells. The proposed method relies on the definition of correlation rules that are applied using the available data and some regional knowledge, according to the way stratigraphic units are defined. An application to the Cretaceous southern Provence carbonate basin has been performed using correlation rules based on paleo-angles and the theoretical architecture of the depositional environment. The computation of vertical proportions of facies on numerous models generated from the stochastic correlations of sequence stratigraphic units indicates that the uncertainties on the stratigraphic correlation impact the compartmentalization of the modeled reservoirs. The impact of stratigraphic correlation uncertainties on fluid flow behavior is assessed through the example of the Malampaya diagenetic carbonate reservoir. Diagenetic units are correlated on the basis of their wireline log signature and diagenetic types. Different models are generated from the stochastic well correlations, and the corresponding water saturation profiles are computed. They show different displacement patterns, indicating a stratigraphic control of the dynamic property, which contrasts with the synthetic seismic model constructed from the corresponding geomodel. Magnetostratigraphic correlation is another way to study sedimentary basin deposition and deformation history. Adapting the DTW algorithm to magnetostratigraphic data, we generate dating models of Himalayan deposits, for which conflicting interpretations are proposed in the literature. This allows managing the associated accumulation rates uncertainties

Les bassins sédimentaires d'Hamakoussou et du Mayo Oulo-Léré sont des bassins à sédiments continentaux. Ils se situent en territoire camerounais, dans le prolongement de la branche de Yola de direction Est-Ouest du Fossé de la Bénoué dont la mise en place est liée à l'ouverture de l'Atlantique Sud à partir de la dislocation du Gondwana. L'âge de ces bassins est basé sur des études biochronologiques les situant dans le Crétacé inférieur. La série sédimentaire est sensiblement la même dans les deux bassins, elle est constituée de dépôts fluviatiles à fluviolacustres montrant une alternance de grés, de siltite et d'argilite.Des prélèvements paléomagnétiques ont été effectués sur des niveaux fins situés dans la partie supérieure de la série sédimentaire de chaque section. Dans le bassin sédimentaire d'Hamakoussou, 50 échantillons sur 11 sites d'épaisseur égale à 69 m, ont été prélevés dans la localité de Djallou et 78 échantillons sur 20 sites d'une épaisseur de 511 m dans la localité d'Ourokessoum. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, 116 échantillons sur 45 sites sur une épaisseur de 478 m ont été prélevés dans la localité de Tchontchi.La désaimantation progressive au champ alternatif et à la température de ces échantillons montre que les séries sédimentaires de ces bassins portent une aimantation primaire. Les directions d'aimantation ont permis de déceler une tectonique régionale marquée par un mouvement de rotation autour de l'axe vertical et un mouvement de translation des blocs. Les minéraux magnétiques porteurs de cette aimantation sont de faible, moyenne et de forte coercivité. Une séquence de trois polarités a été déterminée le long de chaque section du bassin d'Hamakoussou : une polarité inverse et deux polarités normales. Dans le bassin du Mayo Oulo-Léré, la section Mayo a livré deux polarités dont une normale et une, inverse. La séquence de polarités obtenue pour chaque coupe a été corrélée avec l'échelle de temps de polarités magnétiques. Les trois polarités des coupes du bassin d'Hamakoussou ont été corrélées avec les chrones M1 et M3 avec un âge compris entre 125 Ma et 128,11 Ma. La séquence d'inversions de la coupe du Mayo Oulo-Léré a été corrélée avec le chrone M1 avec un âge compris entre 125 Ma et 127,61 Ma. Le taux de sédimentation des dépôts du bassin d'Hamakoussou varie entre 5,5 cm/ma et 40,5 cm/ma et est de 38 cm/ma dans la section du Mayo Oulo-Léré. / Hamakoussou and Mayo Oulo-Léré sedimentary basins are extension of the executive branch of East-West Yola Benue Trough, whose formation is related to the opening of the South Atlantic from the dislocation of Gondwana, in the Cameroonian territory. An age range of lower Cretaceous to Barremian-Hauterivian limit has been assigned based on biochronological studies. The sedimentary sequence in both basins is composed upward finnings fluivial to fluviolacustrine deposits. The deposits present an alternation of fine grained sandstone, siltstone and mudstone overlying coarse sandstone which is underlain by micro-conglomerate to conglomerate facies at the base.A magnetostratigraphic study has been carried out on a fine sediments in the upper part of each sections. 50 samples from about 69.03 m thickness, were collected from 11 sites at Djallou and 78 samples, about 511.03 m thickness, were collected from 20 sites at Ourokessoum localities in the Hamakoussou basin ; and 116 samples, about 478.19 m thickness, collected from 45 sites at Tchontchi locality in the Mayo Oulo-Lere basin.Specimens subjected to progressive alternating field and thermal demagnetization show that the sedimentary sequences have a primary magnetization. The directions of magnetization indicate a regional tectonic marked by a rotation and translation block. Rock magnetic investigations reveal the presence of both high and low coercivity minerals. A sequence of three polarities was determined along each section of the Hamakoussou basin: one reversal polarity and two normal polarities, whereas two polarities: (normal and a reversal) were determined along Mayo section in the Mayo Oulo-Lere basin The three polarities sequences from the two sections from Hamakoussou basin are correlated with M1 and M3 Chrons and suggest an age between 125 and 128, 11 My. While the two polarities sequences from the Mayo Oulo-Lere basin are correlated with M1 Chron, and suggest an age between 125 and 127.61 My. The sedimentation rates of Hamakoussou basin deposits vary between 5.5 cm/kyr and 40.88 cm/kyr and 38.26 cm/kyr in the section of Mayo Oulo-Lere basin.

Le Tianshan est une des chaînes majeures d'Asie qui s'étend sur près de 2500 km de longitude avec des reliefs supérieurs à 7000 m. Il s'agit de l'orogène intracontinental le plus actif au monde issu d'une accrétion initiale au Paléozoïque suivie d'une réactivation majeure au Cénozoïque en réponse à la collision Inde-Asie. Mais l'âge exact d'initiation de la déformation cénozoïque reste mal contraint, ce qui est un obstacle important à la compréhension et à la détermination de l'évolution de la déformation en Asie. Les piémonts Nord et Sud du Tianshan sont constitués par deux remarquables prismes d'avant chaîne où les sédiments permiens au quaternaires des bassins flexuraux adjacents de Kuche et de la Junggarie sont très bien exposés. L'histoire de la construction du Tianshan peut être déterminée grâce à une étude de l'enregistrement sédimentaire facilement accessible au niveau des piémonts.<br />Ainsi, nous avons réalisé trois études magnétostratigraphiques le long des coupes de la Kuitun et de la Jingou He au Nord et le long de celle de Yaha au sud pour lesquelles nous avons identifié respectivement 16, 22 et 18 chrons magnétiques que nous avons corrélés à l'échelle de référence donnant des âges compris entre, 3.1 et 10.5 Ma, 8.5 Ma et 22 Ma et 5.2 et 12.6 Ma respectivement. Les vitesses de sédimentations déduites de ces corrélations montrent une accélération à ~11 Ma sur la coupe de Yaha et celle de la Jingou He qui présente également une accélération antérieure à ~15 Ma alors que les vitesses restent stables depuis ~10 Ma sur la coupe Kuitun. Nous avons également réalisé des études de la minéralogie magnétique et des mesures de l'ASM qui montrent des changements importants de la susceptibilité magnétique (Κ) et du paramètre de forme (T) à 21, 15 et 11 Ma sur les deux piémonts. A partir des changements de vitesses de sédimentation, contraint par ailleurs par ceux des paramètres magnétiques, nous pensons que la surrection du Tianshan a probablement débuté vers 15 Ma puis s'est accélérée à ~11 Ma, ce qui est cohérent avec les études précédentes réalisées sur la zone suivant d'autres méthodes.<br />A partir de modèles structuraux des piémonts et des basins de la Junggarie et de Kuche, associés aux âges magnétostratigraphiques et à des datations U-Th/He de grains d'apatites et zircons détritiques , nous déterminons également: (1) l'âge d'activation et les vitesses de déformation de certaines structures des piémonts, (2) les flux et vitesses sédimentaires et (3) l'évolution des taux d'érosion. Nous discutons et décrivons ainsi l'évolution cinétique et cinématique des piémonts et de la haute chaîne.

Deux questions scientifiques critiques sont adressées dans cette thèse présentées comme suit. ( 1 ) L’évolution mésozoïque du bassin d’avant-pays dans les piémonts nord et sud du Tian Shan. ( 2 ) L’évolution au Cénozoïque précoce du soulèvement du Tian Shan. Dans le chapitre 1, l'évolution du nord Tian Shan est étudiée par datation U/Pb (LA- ICP-MS) de zircons détritiques sur 14 échantillons de grès d'une série continue d’âge fin Paléozoïque à Quaternaire dans la marge sud du bassin de Junggar (région de Manasi). Dans le chapitre 2, l'évolution encore mal contrainte entre le Mésozoïque et le début du Cénozoïque de la marge sud-ouest du Tian Shan est étudiée en utilisant les datations U/Pb ( LA- ICP-MS ) sur zircons détritiques et les traces de fission sur apatites détritiques. Dans le chapitre 3, nous présentons une étude magnétostratigraphique détaillée de la zone Ulugqat au sud-ouest du Tian Shan, dans le but d'améliorer la compréhension de son soulèvement et de l'histoire de la déformation de la région au cours du Cénozoïque. Ce travail à permis de montrer que l'érosion du paléo-Tian Shan commencée au Trias moyen s’est traduite par le pénéplanation générale au Mésozoïque du Tian Shan qui était dominé par un système de drainage large pendant une longue période de quiescence tectonique. Le piémont nord du Tian Shan était caractérisé par un bassin en subsidence thermique post- extensive avec peu d'activité tectonique, et le piémont sud a également connu un aplanissement général de la topographie. Au cours du début du Jurassique, du Crétacé inférieur et du Crétacé supérieur, trois inversions tectoniques mineures sont identifiées avec des ajustements du bassin d’avant-pays du Tian Shan. Ces inversions peuvent correspondre respectivement à l’accrétion des terrains Cimmérien, de Lhassa, et du Kohistan-Dras à la limite sud de la plaque eurasienne. Les données U-Pb sur zircons détritiques et les données traces de fission sur apatite indiquent une première réorganisation du bassin à la fin du Crétacé – début du tertiaire, contemporaine d’une réactivation de l’érosion le long du piémont sud du Tian Shan. Nous avons interprété cette réactivation fin Crétacé – début Paléogène du Tian Shan sud à la réponse initiale des effets lointains de la collision Inde-Eurasie. Pendant le reste du Cénozoïque, la principale réactivation du Tian Shan est initiée fin Oligocène – début Miocène. Cela est attesté dans le piémont nord du Tian Shan par nos données U-Pb sur zircons détritiques et dans le piémont sud du Tian Shan par les données traces de fission sur apatite suggérant des chevauchements entre 18 et 16 Ma, par les résultats magnétostratigraphiques révélant une importante lacune de sédimentation oligocène ainsi que l’augmentation des taux d’accumulation à ~ 18.5 Ma. / Two critical scientific issues are adressed in the présent thesis as follows. (1) Mesozoic basin-range relationship in the northern and southern piedmonts of the Tian Shan. (2) Spatio-temporal differences in the Early Cenozoic uplift of the Tian Shan. In chapter 1, the évolution of the northern Tian Shan is investigated through U/Pb (LA-ICP-MS) dating of detrital zircons from 14 sandstone samples from a continuous series ranging in age from latest Palaeozoic to Quaternary in the southern margin of the Junggar Basin (Manasi area). In chapter 2, the still poorly constrained Mezosoic to early Cenozoic evolution of the southwestern Tian Shan piedmont is investigated using U/Pb (LA-ICP-MS) dating of detrital zircons and fission track analysis on detrital apatites. In chapter 3, we present a detailed magnetostratigraphic study from the Ulugqat area in piedmont of the Southwest Tian Shan, in order to improve understanding of the uplift and deformation history of the Southwest Tian Shan during the Cenozoic. This work enabled to show that erosion of the Paleo-Tian Shan initiated in the Middle Triassic results in the general peneplanation of the Mesozoic Tian Shan dominated by a wide drainage system and long-lasting tectonic quiescence. The northern piedmont of the Tian Shan was characterized by a post-extensional thermally subsiding basin without much tectonic activity, and the southern piedmont also experienced a general flattening of topography. During the Early Jurassic, Early Cretaceous and Late Cretaceous, three identified minor tectonic inversions and adjustments of basin-range pattern in the Tian Shan, may potentially correspond respectively to the accretions of Cimmerian, Lhasa, and Kohistan-Dras in the southern margin of the Eurasian plate. Detrital zircon U-Pb and apatite fission-track data indicate an initial late Cretaceous – Early Tertiary basin reorganization and coeval renewed erosion along the southern Tian Shan piedmont. We interpreted this late Cretacesou to Paleogene activity in STS as the initial response of the distant effects of India-Eurasia collision as previously argued. During the Late Cenozoic, the major reactivation of the Tian Shan initiated around the Late Oligocene-Early Miocene times. This is evidenced mainly from the detrital zircon U-Pb geochronology in the northern piedmont of the Tian Shan, the apatite fission-track data suggesting a possible activation of the Talas Fergana Fault between 18 and 16 Ma, the major Oligocene depositional hiatus and conspicuous increase in accumulation rates at ~ 18.5 Ma revealed by the magnetostratigraphic results in the southern piedmont of the Tian Shan.