Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Mémoire numérisé par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Le site routier expérimental de Beaver Creek (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) est sis sur la moraine de Beaver Creek pré datant le Dernier Maximum Glaciaire. Dans un périmètre d’un kilomètre carré, son relief, sa végétation, son sol et sa cryostratigraphie ont été étudiés avec une perspective géosystémique, afin d’en détailler la catena et sa structure. Ensuite, la cryostratigraphie a été interprétée pour suggérer un modèle d’évolution du paysage. Enfin, les changements récents y ont été intégrés en vue d’actualiser la tendance évolutive du géosystème. Il ressort de cet ouvrage que la durabilité du pergélisol est fortement appuyée par la présence des milieux humides dans les replats. Quelques affleurements de la moraine sont toujours visibles, quoique faiblement exprimés. Ils contiennent peu de glace et leur teneur en matière organique est mince. Quant aux dépressions, elles sont peu profondes et étendues. Non seulement elles ont hérité des sédiments érodés des crêtes, mais elles ont aussi fixé une quantité importante de glace et de matière organique par le truchement d’un pergélisol syngénétique (>15 m) généré par le climat et protégé par l’écosystème. Au moins un évènement de thermo-érosion est survenu avant le dernier stade d’aggradation syngénétique (Holocène), mais il n’a été que partiel. L’actuel réchauffement climatique menace d’engager un autre épisode de dégradation à l’échelle du bassin versant. Contrairement au changement climatique, l’utilisation du territoire provoque déjà la dégradation du pergélisol, mais de manière localisée seulement. / The Beaver Creek Road Experimental Site (62º 20’ 20’’ N – 140º 50’ 10’’ O) sits on the Beaver Creek moraine. This landform was already evolving before the Last Glacial Maximum. In a single square kilometer perimeter, its topography, vegetation, soil and cryostratigraphy have been studied with a geosystemic perspective to detail its catena and related structure. Furthermore, the cryostratigraphy has been interpreted considering the literature to suggest a landscape evolution model. Recent changes at the site were integrated in the model to actualize the geosystem’s evolutive trend. This work has shown that the durability of the permafrost is strongly supported by the wetlands associated to flat lowlands. On the one hand, some moraine hillcrests are still slightly outcropping. There, the limited moisture inhibited the development of peat and intrasedimentary ice (<1 m). On the other hand, the depressions are quite flat and extended. They inherited not only of the crest’s eroded sediments, but they also fixed an important quantity of ice and organic matter (>15 m) by the mean of syngenetic permafrost aggradation driven by the climate and preserved by the ecosystem. At least one thermoerosion event occurred before the last syngenetic aggradation stage (Holocene), but was only a partial one. The ongoing global warming threatens to trigger another permafrost degradation stage on the drainage basin scale. On the field unit scale, the land use is already degrading the local ice-rich permafrost.

Le système spirocyclique (7,5) est un motif récurrent dans un certain nombre de produits naturels tels que les Micrandilactones ou les Rubriflordilactones. Ces structures polycycliques représentent un réel défi synthétique pour les chimistes organiciens puisqu'elles présentent au moins neuf centres stéréogènes dont plusieurs sont quaternaires. L'objectif principal de ce travail était de développer de nouvelles réactions de cycloaddition [3+2] et de les utiliser comme étape clé afin d'obtenir rapidement et efficacement le squelette polycylique de ces composés. La première partie de ces travaux a été consacrée au développement d'une réaction de cycloaddition [3+2] intra- et intermoléculaire mettant un jeu un nouveau partenaire dipolarophile, les γ-alkylidènes-buténolides. Cette étape clé conduit à la formation de cycloadduits hautement fonctionnalisés de façon rapide et efficace avec d'excellents rendements et de façon hautement chimio-, régio- et diastéréosélective. De plus, des calculs théoriques ont permis d'appréhender le mécanisme réactionnel entre un 2-diazo-1,3-cétoester et la protoanémonine catalysé par un sel de rhodium mis en jeu dans ce type de processus et ainsi d'expliquer les résultats obtenus.Dans une deuxième partie, deux approches aux cœurs ABC et CD de la micrandilactone C ont été développées mettant respectivement en jeu une cycloaddition [3+2] formellement intermoléculaire utilisant un lien de type acétal de silicium et suivie par une réaction de Diels Alder. Ainsi, le motif tétracyclique devrait être rapidement accessible après quelques aménagements de la voie de synthèse initiale. / The spiro (7, 5) ring system is a recurring structural moiety in numerous natural products such as Micrandilactones and Rubriflordilactones. In term of complexity, these polycyclic structures represent a synthetic challenge for organic chemist. Indeed, these molecules present at least nine stereogenic centres including several quaternary ones. The main goal of this work was to use unprecedented partners in the [3+2] cycloaddition reaction to obtain quickly and efficiently the polycyclic core of those natural products. The first part of these studies was dedicated to the development of an intra- and intermolecular [3+2] cycloaddition using for the first time a γ-alkylidene-butenolide dipolarophile. This approach provides rapid and facile access to highly functionalised polycyclic molecules along with excellent regio-, chemo- and stereoselectivities. In addition, thanks to computational studies an overall picture of the mechanism of the intermolecular rhodium catalysed [3+2] cycloaddition between 2-diazo-1,3-ketoester and protoanemonin was apprehended, and experimental results have been rationalised.Finally, two approaches to the ABC and CD cores of Micrandilactone C were developed using respectively a formal intermolecular [3+2] cycloaddition reaction in presence of a silicon acetal linker followed by a Diels Alder reaction. The ACDE tetracyclic moiety should be quickly accessible after few modifications of the initial strategy.

Cette thèse vise à restituer l'histoire de la mousson africaine au cours du Quaternaire, et à en déterminer ses influences sur les variations des apports sédimentaires du Nil et des déserts d’Afrique du nord. Deux sites de la Méditerranée orientale ont alors été étudiés (la carotte MD90-964 dans la partie orientale du bassin Levantin et le Site ODP 964 dans la Mer ionienne). Sur la base des analyses de la minéralogie des argiles, de la granulomètrie, de la teneur en carbonate et Corg couplées à des analyses semi-quantitatives d’éléments majeurs et traces à très haute résolution temporelle par XRF Core Scanner, nous avons restitué l’histoire des apports sédimentaires du Nil, des changements de précipitation en l’Afrique du Nord, et des variations des paleo-crues du Nil au cours des 1,75 derniers millions d'années. Le premier enregistrement de Delta(18)O du foraminifère planctonique G. ruber (carotte MD90-964) de l’ensemble du Quaternaire a été obtenu à très haute résolution temporelle pour la Méditerranée orientale. Le site ODP 964 a permis de restituer la dynamique des apports de poussière saharienne à la mer ionienne durant les 1,5 derniers millions d'années. Les résultats indiquent que les changements dans les apports de sédiments transportés par le Nil et par les vents depuis les domaines sahariens sont fortement influencés par les variations de la mousson africaine. Les alternances glaciaires/interglaciaires et les variations climatiques de la transition climatique mi-Pléistocène (MPT), dans une moindre mesure, influencent également / This thesis is devoted to reconstruct the Quaternary history of African monsoon and its influences on suspended loads of the Nile River and dust production in Sahara. The materials used in this study come from two sites (MD90-964 in the eastern Levantine Basin and ODP Site 964 in the Ionian Sea) in the eastern Mediterranean Sea. Based on clay mineralogy, grain sizes, carbonate and Corg contents, and XRF core scanning analyses of Core MD90-964, we have reconstructed history of the Nile suspended discharges, precipitation in North Africa, and Nile paleoflood events during the last 1.75 Ma. On the basis of the planktonic foraminiferal Delta(18)O record of Core MD90-964, we have established for the first time in the eastern Mediterranean Sea a high-resolution planktonic foraminiferal (G. ruber) Delta(18)O record that penetrates the Quaternary period. The ODP Site 964 allows us to establish the variations of Saharan dust inputs to the eastern Mediterranean Sea during the last 1.5 Ma. Our results indicate that both fluvial sediments from the Nile and Saharan eolian dust inputs to the eastern Mediterranean Sea are greatly influenced by the variability of African monsoon. The glacial/interglacial cycles and other orbital-scale climatic events, such as the “Mid-Pleistocene Transition”, can also affect climate changes in North Africa to a minor extent.

La sablière de Khok Sung, dans la province de Nakhon Ratchasima, qui a livré plus d'un millier de fossiles de mammifères et de reptiles (cranes, dents isolées et restes post-craniens), abrite la faune de vertébrés du Pléistocène la plus riche de Thaïlande. La faune mammalienne qui est décrite ici en détail, se compose d'au moins 18 espèces identifiées (12 genres), y compris un primate et des proboscidiens, rhinocéros, suidés, bovidés, cervidés et carnivores. Elle compte principalement des taxons encore représentés de nos jours, ainsi que quelques taxons globalement ou localement éteints. A partir des données paléomagnétiques et des comparaisons fauniques, l'âge de la faune de Khok Sung est estimé au Pléistocène Moyen tardif, vers 188000 ou 213000 ans. Par rapport aux autres faunes diversifiées du Pléistocène d'Asie du Sud Est, l'assemblage de Khok Sung est caractérisé par une association des taxons Stegodon-Ailuropoda, comparable en cela au site de Thum Wiman Nakin, ce qui supporte l'hypothèse selon laquelle le Nord Est de la Thaïlande était un corridor biogéographique appartenant à la route migratoire Sino-Malaise, entre la Chine du Sud et l'île de Java. L'analyse des isotopes stables du carbone à partir de l'émail des ongulés fossiles révèle la présence d'une partition de niches entre les méga-herbivores et au sein des cervidés. Les valeurs du d13C de l'émail suggèrent également que les ruminants ont consommé une grande quantité de plantes en C4, ce qui indique que les prairies à graminées étaient particulièrement répandues en Thaïlande à cette époque où les écosystèmes n'étaient pas encore soumis à l'influence anthropique. La mesure des isotopes stables de l'oxygène, obtenue par échantillonnage sérié de l'émail des dents de grands mammifères, et l'analyse du cénogramme de la localité de Khok Sung reflètent une importante variation saisonnière des précipitations et de la température, associée à des conditions climatiques relativement humides. / The Khok Sung sand pit, Nakhon Ratchasima province, has yielded the richest Pleistocene vertebrate fauna of Thailand, where more than a thousand fossil mammals and reptiles (skulls, isolated teeth, and postcranial remains) were recovered. The mammalian fauna, which is described in details hereby, consists of at least 18 identified species (12 genera), including a primate, proboscideans, rhinoceroses, suids, bovids, cervids, and carnivores, which are characterized by mostly extant elements associated to some completely and locally extinct taxa. The age of the Khok Sung fauna is tentatively attributed to the late Middle Pleistocene as either 188 or 213 ka, based on the paleomagnetic data and on the faunal comparisons. The Khok Sung mammal assemblage yields the Stegodon-Ailuropoda faunal association, most similar in composition to that of Thum Wiman Nakin, supporting the hypothesis that northeastern Thailand was a biogeographic gateway of the Sino-Malayan migration route from South China to Java. An analysis of stable carbon isotopes extracted from the tooth enamel of fossil ungulates reveals evidence of niche partitioning among megaherbivores and within cervids. The enamel carbonate d13C values also suggest a considerable amount of C4 plants in the dietary use of ruminants, indicating that grasslands had significantly expanded in Thailand at that time during which anthropic impacts on the ecosystems were absent. The stable oxygen isotope results, obtained from the serial sampling of large mammal enamel, combined with the cenogram analysis reflect significant seasonal variation in precipitations and temperature for Khok Sung, associated to a relatively humid climate.

Ce travail présente une analyse des systèmes turbiditiques actuels du Golfe d’Oman et de la marge est-africaine (océan Indien occidental), auparavant méconnus. Il se base sur une base de données acoustique (bathymétrie, imagerie multifaisceaux, sismique THR et multitraces) et sédimentologique (carottes küllenberg et calypso) issues de campagnes successives réalisées par le SHOM et l’IFP. L’architecture des systèmes de dépôts profonds et les processus associés ont révélé une grande diversité selon le contexte géodynamique et physiographique des marges étudiées (marge passive, marge transformante, marge active). Les différents systèmes étudiés illustrent notamment le rôle du contexte tectonique régional sur la répartition et la morphologie des dépocentres à plusieurs échelles d’observation. L'analyse détaillée des faciès et séquences sédimentaires a permis de mettre en évidence le fonctionnement sédimentaire des différents systèmes en lien avec les conditions physiographiques et environnementales régionales (influence des crues liées à la mousson sur le transfert sédimentaire). A travers la reconstruction des transferts sédimentaires dans ces systèmes turbiditiques, nous discutons de l’impact relatif des différents facteurs forçant la sédimentation gravitaire sous-marine à haute-fréquence (eustatisme, climat, et tectonique). Pour cela, une étude stratigraphique détaillée a été réalisée sur la base de différents outils (datation radiocarbone, géochimie élémentaire, biostratigraphie) permettant de contraindre dans le temps les séries sédimentaires gravitaires. L’évolution des apports sédimentaires et des processus de dépôt au cours du Quaternaire terminal, en relation avec les modifications paléo-environnementales continentales, a permis d’identifier l’impact, l’importance relative et les interactions entre les forçages externes sur le développement à haute-fréquence (103-104ans) de systèmes de dépôt gravitaires, dans divers contextes géodynamiques. Les connaissances acquises sur la sédimentation du Golfe d’Oman ont finalement permis d’alimenter une base de données sédimentologique conséquente. L’intégration de cette base dans un modèle numérique géoacoustique (« simulateur ») développé par le SHOM a permis d’évaluer quantitativement l’impact des variations sédimentaires à différentes échelles (distribution spatiale, lithologie, stratification, processus de dépôt) sur la propagation du signal acoustique pour différentes gammes de fréquence (de 300 Hz jusqu’à 3 kHz) et angles d’émission (de 0 à 90°). Ces travaux constituent une base pour la réalisation d’un modèle géoacoustique régional robuste. / This study focuses on the Late Quaternary turbidite systems of the Gulf of Oman and the East-African margin (western Indian Ocean), previously poorly studied. It is based upon a compilation of acoustic data (bathymetry, multibeam imagery, 3.5 kHz and multi-channel seismic) and sedimentological data (küllenberg and calypso piston cores) recovered during several cruises leaded by the SHOM and IFP institutes. Turbidite system architecture and sedimentary processes revealed a strong variability primarily related to the physiographic, hydro-climatic and geodynamic context of each margin. High-resolution stratigraphy has been achieved using a combination of radiocarbon dating, XRF geochemistry, biostratigraphy). This allowed to investigate the impact, the interaction and the relative importance of the external forcings on deep water sedimentation (i.e. tectonics, climate and eustasy) at high- frequency (103 -104 yrs) in different tectonic setting (active & passive margins). Finally, integration of the sedimentological data set in a geoacoustic numerical modelling leaded to a first quantitative estimation of the regional relationship between sea-floor properties (lithology, depositional environment, stratification) and propagation of acoustic signal at 300 Hz- 3kHz frequencies and 0-90°. This work constitutes a basis for future geoacoustic modelling in the area.

La convergence oblique entre les plaques Caraïbes et Amérique du Sud à partir de l'Oligocène a conduit à la formation de la cordillère « Serranía del Interior » (SDI) et de son avant pays au sud (bassin de Maturín) et la ceinture plissée de Monagas. D’abord transpressif (direction NW-SE), le déplacement entre les deux plaques devient à compter de ~12 Ma principalement une translation O-E qui s’accommode principalement sur la faille d’El Pilar. Cependant, des indices de compression active ont été identifiés à la terminaison de la faille d'Urica dans la chaine plissée de Monagas. Pour discuter des mécanismes de cette déformation compressive actuelle, nous avons mis en œuvre une interprétation sismique (2D et 3D), une étude géomorphologique et une étude paléomagnétique. Depuis le front sud de la SDI dans la chaîne plissée de Monagas, l'interprétation sismique et l’analyse géomorphologique se sont concentrées sur les chevauchements de San Félix, Tarragona, Punta de Mata, Jusepín et Amarilis. Deux discordances miocènes (Mid-Miocene Unconformity (MMU) de ~10 Ma et Late Miocene Unconformity (LMU) de ~5,3 Ma) ont été cartographiées sur la sismique. En s’appuyant sur la LMU, il a été calculé à l’aplomb de ces accidents un taux de soulèvement plio-pléistocène de ~0,4 mm/a. Invisibles sur la sismique, des déformations ont aussi été observées en surface sur ces accidents (des terrasses fluviatiles basculées, plissées et faillées et des anomalies de drainage). Datées par des méthodes cosmonucléides (10Be et 26Al), l’âge des terrasses alluviales déformées sont compris entre ~90 ka sur le chevauchement de Tarragona et ~15 ka dans la zone de Punta de Mata. Un taux minimal de soulèvement pléistocène terminal à l’aplomb des chevauchements a été calculé entre 0,1 et 0,6 mm/a. Cette gamme de vitesse recouvre celle renvoyée par la LMU et montre que la déformation n'a pas varié significativement pendant les derniers 5,3 Ma. Ces observations montrent que les chevauchements de Tarragona, Pirital El Furrial et d’autres plus jeunes développés dans la formation Carapita restent actifs. Cette déformation superficielle s’estompe rapidement vers l’est près de la ville Maturín. Nous interprétons cette déformation comme liée au jeu récent de la faille d'Urica qui se termine au sud en queue de cheval. La faille d’Urica accommoderait donc une partie du déplacement entre plaques Caraïbe et Amérique du Sud. Une étude paléomagnétique a été réalisée dans les blocs de Caripe et Bergatín au sein de la SDI où 27 localités ont été échantillonnées dans les sédiments du Crétacé au Paléocène. Une observation clé de cette étude a été la mise en évidence d'une composante paléomagnétique stable déviée vers le Nord Est avec des polarités normale et inverse. Les analyses statistiques de ces composantes indiquent une acquisition postérieure au plissement de la SDI (< ~12 Ma). La déclinaison moyenne dans les blocs de Caripe et de Bergatín indique une rotation horaire de R=37º±4 º autour d’un axe vertical. Le taux de rotation post-Miocene moyen avoisine ~3.7º/Ma et reste probablement actif. Nous proposons de rattacher cette rotation horaire à un système de failles type "Riedel" (Urica et San Francisco) en relation avec la faille d’El Pilar. / In Northeastern Venezuela, the tectonic provinces of the Serranía Del Interior thrust belt (high hills), the Monagas Thrust belt (foothills) and the Maturín foreland basin formed as a result of the oblique convergence between the Caribbean and South American plates since the Oligocene. GPS data show that post 12 My wrenching component between the plates is accommodated predominantly by the E-W strike-slip El Pilar Fault. However, evidence of active compression has been identified in the southern limit of the NW-SE dextral Urica Fault, specifically, in the Monagas Fold and Thrust Belt. In order to constrain the neotectonics of this area, this thesis presents a combined approach, which includes geomorphological study, seismic and paleomagnetism. In the Monagas Fold and Thrust Belt, the geomorphological study and the seismic interpretation were focused on five zones. From the foothills to the deformation front, these zones are: San Felix, Tarragona, Punta de Mata, Jusepín and Amarilis. These areas show surface deformations such as topographic uplifts, tilted terraces, folded terraces, faulted terraces, and drainage anomalies. The dating of the river terraces through 10Be and 26Al methods indicates that these terraces formed in the Late Pleistocene. The oldest terrace located in the Tarragona zone has a maximum exposure age of ~90 ky and the youngest located in the Punta de Mata zone of ~15 ky. From this dating, a minimum vertical deformation rate between ~0.6-0.1 mm/y was calculated for this area. Using the seismic interpretation of a 3D block, the surfaces of two unconformities (MMU and LMU) have been mapped. The age obtained for the LMU (~5.3 My), yield a Plio-Pleistocene uplift rate between ~0.3-0.4 mm/y, which is close to the vertical deformation rate calculated from the terraces dated. These similar rates seem to indicate that the deformation rate in the MFTB has not changed significantly for the last 5.3 My. The deformed surfaces observed in the field and in DEM images coincide vertically with the deep structures interpreted in the seismic lines. I propose that the deformation on the surface is linked to the Tarragona, Pirital, Furrial thrusts and the Amarilis Backthrust activity and to the youngest thrusts developed in the Carapita Formation. However, this surface deformation dies out near the city of Maturín, therefore, the neotectonic deformation is inferred to be caused by local tectonics. I propose that this local compressive deformation could have been generated by a horsetail termination in the southern limit of the Urica Fault which reactivated the oldest thrusts (Tarragona and Pirital thrusts) and deformed the post-Middle Miocene units until reaching the surface. In the zones where the El Pilar Fault mainly accommodates the wrenching component, block rotation is likely. For that reason, a paleomagnetic study was conducted in the Caripe and Bergatín blocks of the Serranía Del Interior where 27 sites were sampled in Cretaceous to Paleocene sediments. Statistics analyses of the components yield a negative bedding-tilt test, indicating that this component was acquired post ~12 My after the folding process in the Serranía del interior. The average declination indicates a clockwise block rotation of R = 37º ± 4º and a post-Middle Miocene rotation rate of ~3.7º/My in both the Caripe and Bergatín blocks. This rotation rate is probably still active. I propose to relate the regional clockwise rotation to the development of a synthetic Riedel shear system formed by the El Pilar Fault (master regional fault) and by the Urica and San Francisco synthetic Riedel shears.

Cette étude a pour objectif d'identifier dans la matière organique (MO) archivée dans les sédiments lacustres de nouveaux marqueurs des climats passés. Le site d'étude est le Lac Caço, au nord-est du Brésil. Ce lac présente l'intérêt d'être situé dans une zone climatiquement sensible, à l'actuelle entrée de la Zone de Convergence Inter Tropicale dans le continent. La caractérisation globale du contenu organique sur une carotte de 6m a montré que la MO provient essentiellement de végétaux supérieurs. Les différences marquées dans l'état de préservation de cette MO indiquent des conditions climatiques contrastées depuis la fin du Dernier Maximum Glaciaire. De nouveaux marqueurs moléculaires spécifiques de végétaux supérieurs (onocérane I, éthers méthyliques de triterpènes pentacycliques) ont été identifiés. Ces molécules témoignent des associations botaniques qui ont peuplé le bassin versant et des conditions physico-chimiques qui prévalaient lors du dépôt du sédiment.

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.