Dans les apatites des roches plutoniques et métamorphiques, les Traces de Fission (TF) de l'Uranium 238 ne commencent à être enregistrées que lorsque la température ambiante est inférieure à environ 130°C. Elles sont conservées quantitativement lorsque cette température se situe au-dessous de 60-70°C. Nous avons utilisé cette propriété pour l'étude de l'histoire de refroidissement de deux massifs hercyniens: l'ArgenteraMercantour (Alpes Occidentales) et les Jebilet (Meseta Marocaine). Après avoir, dans la première partie de ce travail, exposé l'état actuel de la datation par TF et discuté de ses applications et de ses limites pour les apatites, on expose les résultats d'un travail de calibration mené à partir d'irradiations dans trois réacteurs nucléaires: Mélusine (CEN-Grenoble), RHF (ILL-Grenoble) et Orphée (CENSaclay). Dans l'Argentera, 16 échantillons ont été prélevés selon une transversale NW-SE. Les âges TF des apatites correspondantes montrent que le massif s'est refroidi au dessous de 130°C à partir de 10 Ma et que son taux apparent de surrection-érosion entre 10 Ma et 2.8 Ma est resté sensiblement constant, de l'ordre de 0,15-0,20 mm/an. Entre 2,8 Ma et 0,3 Ma, ce taux est passé à 0,6±0,1 mm/an pour le flanc SW et 0,9±0,2 mm/an du côté NE, en accord avec les mouvements différentiels déjà mis en évidence par les données de la géologie. Dans les Jebilet, les 7 échantillons étudiés présentent des âges TF concordants. Le début de l'enregistrement des traces, à 186±6 Ma, concorde avec l'âge de l'ouverture de l'Atlantique Central. II implique un paléogradient géothermique, au Jurassique inférieur, de l'ordre de 55-60°C/km. Le dernier évènement thermique enregistré dans ces minéraux est, à 38±3 Ma, la phase atlasique majeure.

Dans les départements d'Antioquia et de Risaralda (Colombie centrale), les formations superficielles sont de type volcano-détritique. Les unités les plus anciennes sont indurées, diaclasées et faillées. Les unités plus récentes, ou " tephras supérieurs ", qui les surmontent, atteignent au plus 1 m d'épaisseur. Dans le département d'Antioquia (altiplano et vallée d'Aburra), sur la Cordillère Centrale andine, l'étude des minéraux lourds et la datation des tephras par traces de fission (TF) sur zircons et 14C montrent que les formations superficielles ne se sont déposées sur le bâti crétacé à précambrien qu'à partir du Pliocène supérieur. La datation par TF permet en outre de dater diverses formations sédimentaires (paléolacs, terrasses fluviatiles, " stone line "), et un événement tectonique (formation de la vallée d'Aburra). Pour les tephras supérieurs, la détermination des minéraux lourds permet d'établir une stratigraphie reconnaissable dans tout l' altiplano. La datation par TF et 14C situe ces tephras entre 0,44 Ma et, pour leur unité supérieure, sur laquelle se développent les sols actuels, 20 à 30 ka. La période d'activité du massif volcanique du Ruiz-Tolima, situé à 80 km au sud du département d'Antioquia, date essentiellement du plio-quatemaire, jusqu'à l'actuel. Elle correspond à celle enregistrée dans les tephras d'Antioquia et le Ruiz-Tolima pourrait donc être la source des tephras d'Antioquia. Les âges des zircons de socle (provenant de saprolites ou de formations superficielles) sont presque toujours crétacé supérieur-paléocènes, ou dans le sud, tertiaires, témoignant du refroidissement au-dessous d'environ 250°C de leur matériel d'origine (batholite antioquenio mésozoïque, son encaissant métamorphique, ou des intrusions plus récentes). Dans un échantillon, des âges TF jurassiques montrent que localement le socle paléozoïque a été maintenu, depuis au moins 185 Ma, à des températures <300°C. Dans le département de Risaralda, situé juste à l'ouest du Ruiz-Tolima, sur le flanc ouest de la Cordillère Centrale "( abanico ", -cône-, de Pereira) les tephras supérieurs, seuls étudiés ici, sont à la fois plus abondants et plus récents. Il n'a pas été possible d'établir une stratigraphie de ces formations, très étendues depuis le Ruiz-Tolima jusqu'à l' extrémité ouest de la zone d'étude, dans la Cordillère Occidentale. Les tephra, datés (par 14C) se situeraient entre au moins 14 ka sur la terrasse de Pereira et moins de 8 ka sur cette même terrasse et dans le secteur du lac d'Orun (proche au Ruiz-Tolima).

L'Albanie occupe une position critique au sein de la ceinture plissée alpine Dinaro-Hellénique. Cet orogène est caractérisé par trois composants fondamentaux: une ceinture de plis et chevauchements externe à l'Ouest, un domaine central caractérisé par la présence de nappes ophiolitiques, et un complexe interne oriental. <br />Certains points clés pour la connaissance de l'évolution géodynamique de cette chaîne ont été éclairé par l'application de la thermochronologie de basse température (trace de fission et (U-Th)/He sur apatite et zircon), plus précisément en ce qui concerne l'histoire du refroidissement des Albanides Internes. <br />Un taux d'exhumation (<0,1 km/Ma) durant l'Eocène et le début de l'Oligocène caractérise la limite entre les zones externes et zones Internes. Il est probablement lié au soulèvement isostatique, conséquence de l'épaississement de la croûte près du front de chevauchement durant l'emplacement tectonique du complexe interne sur la ceinture de plis et chevauchements externe.<br />Dans le domaine interne le refroidissement et la surrection sont beaucoup plus récents et rapides. Les thermochronomètres (U-Th)/He et traces de fission nous ont permis de déterminer un début de la phase d'extension ~ 20 Ma. Vers 3-6 Ma, le taux d'exhumation des roches de la zone de Korabi s'est accéléré jusqu'à 1,2 km/Ma. Nous proposons que la structure actuelle symétrique des unités ophiolitique dans les Albanides Internes soit le résultat d'un régime de collapse en extension, affectant la partie oriental des ophiolites et la zone de Korabi.<br />Ces études montrent que la complémentarité des méthodes de thermochronologie trace de fission et (U-Th)/He est un moyen puissant de mieux contraindre l'histoire de l'exhumation d'un orogène.

Cette thèse cible l'évolution Néogène de la branche sud de l'arc alpin occidental. Une approche multi-méthodes associant études de terrain, sismotectonique et thermochronologie basse température y met en évidence un régime tectonique complexe ainsi qu'une évolution morphologique et structurale originale au sein de l'arc. La fracturation s'organise autour d'un faisceau d'accidents NW-SE, à jeu principalement dextre, accompagnant la courbure de l'arc et commandant structure et morphologie. Par ailleurs, à l'échelle des massifs, une structuration en failles normales conjuguées NE-SW traduit une extension parallèle à la chaîne. D'autres failles normales traduisent une extension perpendiculaire à la chaîne. L'inversion des données microtectoniques a permis de caractériser des régimes de paléocontraintes décrochant et extensif. L'absence d'une chronologie cohérente à l'échelle régionale suggère que ces régimes ont coexisté. Je propose que ces régimes constituent deux extrêmes d'un régime de contrainte unique variable, résultant de l'interférence entre un champ de contraintes extensif, à tendance multidirectionnelle et propre à la partie interne, surépaissie de la chaîne, et un champ de contraintes décrochant à transpressif commandé aux limites de la chaîne. L'analyse sismologique montre que l'arc interne subit actuellement un régime transtensif en zone Briançonnaise et un régime purement extensif en Zone Piémontaise, plus interne. La direction d'extension reste proche d'E-W, comme plus au nord à la latitude du Pelvoux, et indépendante de la courbure de l'arc. La caractérisation du régime extensif actuel en termes de directions tangentes ou radiales à l'arc est donc ici inadaptée. La Zone Externe présente un régime globalement transpressif à nuancer puisqu'elle est également affectée par de l'extension dans sa partie la plus interne. Je propose une corrélation entre la zone subissant l'extension et la zone d'épaisseur crustale maximum. Ce modèle s'inspire et étend celui proposé par [Delacou et al., 2004]. Il favorise un processus d'extension lié à un effondrement gravitaire de la chaîne. La structure arquée concerne surtout la croûte supérieure, les structures plus profondes étant plus linéaires. Ce découplage vertical des structures est probablement hérité du poinçonnement syncollision oligocène, responsable de la formation de l'arc interne. Il peut expliquer qu'au Néogène le découplage tectonique entre arc interne en extension et zone externe en transpression ne réactive pas, près de la surface, l'ancien front chevauchant de l'arc interne, comme c'est le cas plus au nord au sein de l'arc. Quelques nouvelles données thermochronologiques (traces de fission dans l'apatite), replacées dans une synthèse des données existantes, confirment que les Alpes sud-occidentales ont connu une évolution structurale et morphologique originale au Néogène. Les zones internes présentent un refroidissement final homogène et rapide dès la fin de l'Oligocène. Le saut d'âge entre zone externe et zones internes, récemment mis en évidence à la latitude du Pelvoux, est confirmé dans l'ensemble de la branche sud de l'arc. Il témoigne de l'inversion du front chevauchant des zones internes peu de temps après le paroxysme de la collision. Je relie l'exhumation rapide des zones internes de la branche sud à la forte érosion d'une cordillère alpine axée sur les zones internes au front du poinçon apulien. La quantification de l'évolution du relief à partir du système traces de fission sur Apatite a été testée sur la base de deux transects échantillonnés dans les massifs du Pelvoux et Dora-Maira. Les relations âges-altitudes à différentes longueurs d'onde permettent d'estimer un taux d'exhumation moyen de 0.4km/Ma pour le Pelvoux au cours des 7 derniers Ma, et de 0.1Km/Ma pour Dora-Maira au cours des 20 derniers Ma. Pour ces deux massifs, aucune évolution probante du relief n'est mise en évidence. On souligne dès lors le manque de résolution du système apatite pour quantifier l'évolution du relief. Une synthèse des résultats permet de proposer que la déformation soit le résultat d'un équilibre instable entre l'étalement de la chaîne sous l'effet des forces de volume et la cinématique complexe de l'Apulie qui intègre à la fois une composante en translation et une composante rotationnelle.

Afin de comprendre l'évolution, la géométrie et le mécanisme des déformations récentes (<10 Ma) du socle européen depuis le massif cristallin externe de l'Argentera jusque sur la marge nord-Ligure, des analyses thermochronologiques par traces de fission (apatites/zircons), géomorphologiques et des interprétations de profils sismiques ont été réalisées.<br />Une dénudation du massif est enregistrée vers 22 Ma, certainement en relation avec la structuration de l'arc de Castellane au Miocène moyen-supérieur, qui se poursuit localement vers 6 Ma par dénudation le long de la faille du « Camp des Fourches ». Plus globalement un soulèvement à 0,8 mm/a (30°C/km) est enregistré à 3,5 Ma et suivi tardivement par un mouvement inverse le long de la faille de Bersézio/Veillos à 1 mm/a. Malgré une forte emprunte d'érosion glaciaire présente sur le massif, l'analyse géomorphologique conforte ces derniers résultats. A partir d'un modèle d'évolution de processus de surface, le taux d'érosion associé est estimé localement à 1 mm/a et semble aujourd'hui plus important sur le bassin versant oriental du massif.<br />D'après l'analyse de 70 profils sismique-réflexion, la déformation de la marge nord-Ligure serait liée à la propagation d'un chevauchement aveugle jusque dans les formations salifères messiniennes du bassin.<br />Cette déformation récente compressive de l'avant-pays alpin est guidée par une tectonique de socle le long de structures héritées et fait suite à l'exhumation des roches THP dans les zones internes.

La Corse et le Massif des Maures-Tanneron représentent les marges conjuguées du bassin liguro -provençal. C'est à partir d'environ 30 Ma. avec le rifting ligure que la Corse s'est détachée de la Provence et a subi une rotation anti- horaire d'environ 30° qui l'a amenée à sa position actuelle. La thermochronologie par traces de fission (TF) sur apatites, par sa sensibilité aux relativement basses températures. nous a permis de préciser les mécanismes d'évolution des marges liguro -provençales, ainsi : - Le massif du Tanneron semble avoir connu l' histoire de refroidissement la plus précoce, témoignant d'un épisode de relaxation thermique postérieurement à l'ouverture de la Tethys ligure. - Le massif des Maures (en dehors de la presqu île de Saint-Tropez où sont rencontrés des âges crétacés supérieur, probablement hybrides) a clairement enregistré, à l'0ligo-Miocène, l'effet thermo- tectonique associé au rifting liguro-provençal. - La Corse, terrain le plus étudié dans ce travail. assez complexe de part sa géomorphologie actuelle et sa structuration polyphasée, possède une zonation remarquable dans la distribution des âges TF/apatites, liée vraisemblablement à la signature d'au moins deux événements thermiques post-oligocènes. Ceux-ci accompagnent d' une part, à l'Ouest l'ouvenure Iiguro-provençale (26

La méthode de datation par les traces de fission de l'uranium s'est révélée unique dans le domaine de la thermochronologie par sa capacité à retracer l'histoire finale du refroidissement et dela dénudation de massifs métamorphiques comme de l'histoire thermique de formations sédimentaires ou la datation de certains matériels volcaniques. Dans ce travail, nous décrivons cette méthode et présentons un ensemble de techniques analytiques mises au point et de calibrations réalisées dans le but d'utilisations ultérieures en géologie. Nous discutons quelques exemples d'application. Dans les Alpes occidentales françaises, l'analyse des traces de fission sur apatites d'échantillons issus du granite des Sept Laux (massif de Belledonne), dans la vallée de l'Eau d'Olle, suggère que cette méthode pourrait apporter une contribution dans la discussion actuelle sur l'origine de certaines vallées alpines. Ainsi, l'ouverture de cette vallée pourrait être la conséquence d'un jeu de failles actives depuis le Miocène moyen jusqu'à l'actuel. La caractérisation par traces de fission des apatites détritiques de dépôts fluviaux pourrait éventuellement être utilisée pour l'étude d'éventuels phénomènes de captures liées à des changements de régimes tectoniques. Nous avons ainsi étudié les apatites d'un paléodelta situé dans la moyenne vallée de l'Isère au niveau du sillon subalpin et de deux vallées, celles de l'Arc et du Bréda, situées en amont. La distribution des âges traces de fission de ces minéraux n'a pas confirmé un modèle suggéré récemment, qui proposait que le paléodelta étudié pourrait être associé à un "paléo-Arc" plutôt qu'à un "paléo-Bréda". Dans la Meseta occidentale marocaine, trois massifs granitiques (massif de Sebt Brikiine, de Ras El Abiod et de Hjir El Bark) situés dans les Rehamna ont fait l'objet d'une étude thermochronologique. L' analyse des traces de fission dans les zircons et les apatites de ces granites montre qu'ils ont enregistré les grands évènements thermotectoniques ayant affecté la Meseta depuis l'ouverture de l'Océan Atlantique central. Nous montrons comment un modèle de simulation numérique récemment proposé (1994) pour l'analyse des traces de fission dans les apatites permet de préciser l 'histoire thermique des massifs considérés depuis le dernier refroidissement au-dessous d'environ l20°C des échantillons analysés. Dans des travaux effectués antérieurement à l'apparition de ce modèle, nous avons montré, d'une part, que les sédiments de la marge transformante de Côte d'Ivoire-Ghana avaient connu une période de réchauffement entre 250°C et moins de 60°C post-datant largement, de manière inattendue, son "balayage" par une dorsale océanique. D'autre part, dans l'Ile d'Elbe, nous avons apporté les premières données "traces de fission" sur l'histoire de refroidissement de la granodiorite de Monte Capanne. Par ailleurs, au début des années 90, la méthode des traces de fission manquait encore de bons échantillons de référence pour la datation des verres volcaniques. A La suggestion de la Sous Commission de Géochronologie de l'International Union ofGeological Sciences, nous avons étudié les macusanites, obsidiennes du SE péruvien. Les résultats de ce travail suggèrent qu'il faut considérer avec réserve ces verres volcaniques en tant que standards d'âge potentiels, même s'ils conservent une certaine valeur comme matériel d'intercalibration entre laboratoires.

L'objectif de cette thèse est l'étude des mouvements verticaux et la caractérisation des processus à l'origine de ces mouvements au sein d'une chaîne de montagnes intracontinentale. Les mécanismes contrôlant l'évolution de la topographie sont nombreux et encore mal connus. La chaîne du Haut Atlas marocain est située à plus de 600 km de la limite de plaque Afrique-Europe et supporte pourtant le deuxième sommet d'Afrique (Jbel Toubkal, 4165 m). L'absence de racine crustale développée sous la chaîne, conséquence d'un taux de raccourcissement assez faible (~20 km), implique donc l'existence d'un autre processus permettant de maintenir une telle topographie. La réalisation de profils géophysiques nous permet de montrer qu'un amincissement lithosphérique provoque un soulèvement d'environ 1000 m dans l'Anti-Atlas, le Haut Atlas Central, et le Moyen Atlas. Certains bassins d'avant-pays sont aussi affectés, comme les bassins du Souss, de Ouarzazate ou de Missour. La zone amincie est une bande d'orientation Nord-Est / Sud-Ouest recoupant les principaux domaines structuraux marocains et probablement la<br />limite de plaque Afrique-Europe.<br />Le raccourcissement crustal est le deuxième mécanisme à l'origine du relief de cette chaîne. Une analyse structurale sur la base des données de terrain dans le Haut Atlas de Marrakech nous a permis de montrer l'existence d'une stratigraphie mécanique contrastée. Plusieurs niveaux de décollements potentiels y sont identifiés en particulier dans le Viséen, le Cambrien, le Trias et le Sénonien. L'héritage complexe de cette région, située à la limite entre les rifts Triasico-Liasiques Atlantique et Téthysien, contrôle leur activation sur les bordures de la chaîne. Celle-ci entraîne la formation de structures variées : zones triangulaires, plis secondaires (« rabbit ears »), imbrications. Un groupe basal rigide est distingué. Il inclut le Précambrien, et localement le Paléozoique et le Trias. Une coupe complète de la<br />chaîne est présentée. <br />La chronologie de la déformation et l'âge de l'amincissement de la lithosphère sous la chaîne sont finalement discutés. Une analyse détaillée de la géologie de l'avant-pays sud du Haut Atlas de Marrakech est combinée aux résultats obtenus par comptage de traces de fissions pour proposer un scénario d'évolution. Une première phase de raccourcissement est identifiée à l'Eocène Supérieur – Oligocène. Au Miocène Inférieur – Moyen, la lithosphère est amincie et une phase de dénudation affecte l'ensemble de la chaîne et son avant-pays. Enfin, une dernière phase de raccourcissement a lieu au Plio-Quaternaire.

L'isthme de Panama se situe en bordure sud-ouest de la plaque Caraïbe, à la jonction de trois plaques lithosphériques: les plaques Amérique du Sud, Nazca et Cocos. Cet isthme est essentiellement constitué d'un arc volcanique formant l'Amérique Centrale. Deux arcs se distinguent: un premier d'âge Campanien supérieur-Eocène moyen, et un second actif depuis l'Oligocène. Leurs présences reflètent une histoire de convergence, en subduction, de la plaque Farallon, aujourd'hui disparue, puis plus récemment de la plaque Cocos. L'événement majeur de cette région est sans nul doute la collision de l'Amérique Centrale avec l'Amérique du Sud. L'âge de cette accrétion varie entre 12 et 25 Ma. La surrection, à partir de 15 Ma, est une des conséquences de cette collision arc-continent. Ces terres émergées facilitent le passage d'espèces animales entre les deux Amériques, mais bloquent également la circulation océanique entre l'océan Atlantique et l'océan Pacifique, impactant de manière globale le Climat. L'objectif de ma thèse est de documenter finement les déformations avant, pendant et après le processus d'accrétion continentale. Mon but est de mieux comprendre comment un arc volcanique s'accrète sur une marge continentale pour reconstruire l'histoire géodynamique de cette région du Crétacé supérieur (~ 70 Ma) jusqu'à nos jours. Je me suis focalisée sur la région est du Panama, au plus proche de la zone de collision, région encore peu étudiée. Pour mener à bien cet objectif, ma thèse combine: (1) une étude sédimentologique apportant de nouvelles datations paléontologiques, (2) une étude structurale avec de nouvelles coupes géologiques et une carte structurale à partir de données spatiales, géophysiques, et de terrain, (3) une étude thermochronologique basse température pour contraindre les mouvements verticaux, et (4) une étude interprétative de sismique réflexion pour contraindre l'influence de la tectonique dans la migration des masses sédimentaires. Mes résultats sont présentés sous la forme d'une reconstitution géodynamique de la région. L'accrétion d'un arc volcanique sur une marge continentale dépend des contraintes aux frontières de plaques et de la morphologie de la zone. Chaque cas est unique. Cependant, mes résultats montrent qu'une accrétion oblique implique un réajustement des contraintes aux frontières, un arrêt du volcanisme, des fractures profondes de la croûte océanique de l'arc, des rotations de blocs en régime transtensif. Ces événements géologiques et tectoniques expliquent une accrétion progressive en fermeture éclair. Je propose ainsi une accrétion progressive de l'Amérique Centrale sur l'Amérique du Sud, s'initiant au sud dans la région d'Istmina à l'Eocène moyen-supérieur (40 et 37 Ma). Jusqu'au Miocène moyen, la plaque Caraïbe, piégée entre l'arc volcanique et la marge continentale sud Américaine, disparaît sous l'Amérique du Sud. Au Miocène moyen (~ 15 Ma), l'accrétion de l'arc dans la partie colombienne se termine. Dans l'isthme de Panama, la convergence vers le continent se poursuit, mais le système s'inverse. Une nouvelle subduction s'initie où la plaque Caraïbe subducte sous l'isthme. Je montre également que les déformations compressives engendrées par l'accrétion contrôlent la migration des masses sédimentaires et permettent la surrection progressive de l'isthme créant le pont inter-Amériques.

La marge sud péruvienne est située au niveau d’une zone majeure de subduction océan continent depuis au moins le Paleozoique inférieur. C’est dans ce cadre que s’est formé l’un des plus importants orogènes du monde : les Andes Centrales. En effet, l’épaisseur crustale y est >60 km et ce sur une importante surface. Cependant, on considère actuellement que ce surrépaississement a été acquis incrémentalement seulement depuis ~30 Ma. Dans le but de comprendre comment et quand ce surrépaississement est apparu, la majeure partie des études précédentes s’est focalisée sur l’évolution de l’arc magmatique et sur l’histoire de la déformation, du soulèvement et de l’érosion de la zone d’arrière arc. Cependant, l’évolution tectonique et thermique de l’avant arc reste mal connue bien que cette zone soit susceptible de bien enregistrer les changements liés à la dynamique de subduction.Cette thèse à pour objectif de mieux contraindre l’évolution thermique et les couplages entre les processus magmatiques, tectoniques et sédimentaires depuis 200 Ma dans l’avant-arcactuel du sud du Pérou. De nouvelles données géo-thermochronologiques couplées à une nouvelle carte tecto-stratigraphique éclaircissent l’évolution de la marge péruvienne depuis le Jurassique. Trois périodes clefs sont analysées dans ce mémoire : le début de l’épaississement crustal, les déformations de l’avant-arc associées à la formation de l’Orocline bolivien et l’épaississement crustal de l’orogène des Andes Centrales pendant le Néogène.Nous montrons que l’épaississement crustal a probablement commencé entre 90 et 50Ma après plus de 200 Ma d’amincissement, et ce a la faveur d’une évolution en trois étapes :croissance initiale (90-74 Ma), « flare-up » (74-62 Ma) et effondrement extensionnel (62-50Ma). L’extension a ensuite prédominé dans l’avant-arc tout en diminuant progressivement jusqu’à ~30 Ma. Par ailleurs, nous mettons en évidence d’importantes zones de faillesnormales orientées perpendiculairement à la marge sud-péruvienne et qui délimitent de grands blocs basculés vers le nord-ouest. Ces déformations révèlent une extension parallèle à l’orogène dans l’avant arc pendant le Paléogène, probablement due à la formation de l’Orocline bolivien par rotation antihoraire de blocs rigides. Enfin, les traits géomorphiques visibles dans la zone cotiere du sud du Pérou permettent de définir deux périodes de soulèvement de la surface (entre 23 et 10 Ma et depuis ~4.5 Ma), séparées par une période de subsidence (entre ~10 et ~4.5 Ma). La même chronologie ayant été décrite sur le versant Amazonien de l’orogène, nous proposons que cette évolution soit due à des variations à grande échelle de l’épaisseur crustale ; le soulèvement de la surface étant provoqué par addition à la croûte de magma d’origine mantellique et la subsidence par un flux de matériel crustal ductile depuis les zones précédemment sur-épaissies. / The southern Peruvian margin has been located above a major ocean-continentsubduction zone since at least the Early Paleozoic, resulting in the formation of one of thelargest orogens in the world: the Central Andes, where crustal thickness is >60 km over a largearea. This overthickening is currently thought to have occurred incrementally only during thelast 30 Ma. To understand how and when crustal overthickening was acquired, most of theprevious studies have focused on the magmatic arc evolution and on deformation, uplift anderosion history of the backarc. The tectono-thermal Cenozoic evolution of the forearc remainspoorly known, whereas it is a zone prone to recording changes in subduction dynamics.The objective of this dissertation is to address the thermal evolution and the couplingbetween magmatic, tectonic and sedimentary processes over the past 200 Ma in the presentdayforearc of southern Peru where the crust thickens from ~30 km along the coastline tomore than 60 km under the present-day volcanic arc. New geo- and thermochronological datacoupled to a novel geological map illuminate the evolution of the south Peruvian margin sincethe Jurassic. Three key periods of the margin evolution are addressed in this dissertation: theonset of crustal thickening, the deformations associated in the forearc with the formation ofthe Bolivian Orocline and the Neogene crustal thickening of the Central Andean orogen.We show that crustal thickening likely began between 90 and ~50 Ma after more than200 My of lithospheric thinning during a three step evolution of the magmatic arc as follows:growth (90-74 Ma), flare-up (74-62 Ma), extensional collapse (62-50 Ma). Extension prevailedin the forearc since then and waned until ~30 Ma. In addition, we evidence important normalfault zones striking perpendicular to the southern Peruvian margin that delineate largenorthwestward tilted blocks. This deformation reveals orogen parallel extension in the forearcduring the Paleogene likely due to the formation of the Bolivian Orocline by counterclockwiserotation of rigid blocks. Finally, geomorphic features in the coastal area of southern Perureveal two periods of surface uplift (~23 to 10 Ma and since ~4.5 Ma), separated by a period ofsurface subsidence (from ~10 to ~4.5 Ma). The same chronology has been described on theAmazonian side of the Central Andean orogen. We thus propose that this evolution is due tolarge-scale crustal thickness variations; surface uplift being triggered by addition of mantlederivedmagmas to the crust and subsidence by ductile flow away from the previouslyoverthickened crust.