La zone de déformation compressive des Brooks Range et des British-Barn située entre l’Alaska (Etats-Unis) et la région du Nord Yukon (Canada), en position arrière-arc, se développe dans un contexte cinématique et géodynamique depuis longtemps débattu. L’histoire tectonique du bloc continental Arctique d’Alaska, situé dans l’avant-pays de Brooks Range, est diversement interprétée dans les reconstructions de l’ouverture du bassin canadien. La chaîne de Brooks se développe à partir du Crétacé inférieur et sa mise en place se poursuit au Cénozoïque. Mieux contraindre son histoire d’exhumation, en relation avec le raccourcissement est essentiel dans cette région arctique où la cinématique des plaques, associée à l’ouverture du bassin canadien au Nord, fait l'objet de nombreux modèles géodynamiques controversés. La relation avec la subduction active Pacifique au Sud et les grands décrochements en arrière de la subduction fait de cette chaîne, en position arrière arc, une zone-clef pour affiner les reconstructions géodynamiques régionales et notre compréhension des processus orogéniques. Si le lien n'est pas établi entre la déformation mise en jeu dans cette subduction au Mésozoïque et la déformation dans la chaîne de Books, ce lien est en revanche assez bien documenté à l'heure actuelle. Il est donc légitime d'appréhender les événements sud-alaskans dans l'étude de cette chaîne de Brooks. La croissance de la chaîne au Cénozoïque est également mal comprise. Or, il s’agit d’un exemple quasi-unique de chaîne en milieu arctique active durant le Cénozoïque et qui a donc potentiellement enregistré des bouleversements climatiques majeurs, en l'occurrence depuis l‘optimum climatique à la transition Paléocène-Eocène, le refroidissement Oligocène jusqu’à la mise en place de glaciers et de la calotte nord-américaine au Quaternaire. Cet orogène est donc clef pour étudier voire quantifier l'impact du climat sur la construction topographique nord-alaskane. Ce travail a combiné une étude thermochronométrique basse-température multidatation (FT, (U-Th)/He) dans les massifs granitiques et dans les sédiments, qui ont fait l'objet de modélisation thermo-cinématiques via Pecube, dans le but de contraindre la construction orogénique depuis 100 Ma jusqu’à l’actuel. En parallèle, une approche structurale de terrain (Nord Yukon et Brooks Range) et l'analyse de données de subsurface ont été menées. Les données thermochronologiques, couplées à des analyses thermométriques RSCM et de la modélisation thermique soulignent la mise en place de reliefs au Crétacé supérieur avec une exhumation modérée (0.2 km/Ma) qui se poursuit jusqu'à la fin de l'Eocène, où les taux d'exhumation dans les chaînes de Brooks et British-Barn sont clairemement orogéniques (1.25-1.29km/Ma), et associés à la migration de la déformation vers les bassins adjacents. Ce travail souligne une migration de la déformation du SO vers le NE. Dans les deux segments de la chaîne un événement d'exhumation distinct est identifié à l'Oligocène : celui-ci est clairement associé dans la partie interne de la chaîne de Brooks à la mise en place hors-séquence d'un duplex crustal ; et associé à la migration de la déformation compressive en mer au large de la chaîne de British-Barn. Si le calendrier tectonique est semblable dans ces deux zones d'étude, il existe une différence majeure dans le style de déformation entre ces deux régions. Le front de déformation semble beaucoup plus éloigné de la chaîne et les failles beaucoup plus espacées dans la partie canadienne, éloignement et espacement probablement liés à l’épaisseur de sédiments syn-sédimentaires présents dans le bassin... / The kinematics and geodynamics associated with the compressional deformation in the Brooks Range and British-Barn Mountains, respectively in Alaska (USA) and North Yukon (Canada), in a back-arc setting has long been debated. In particular, the tectonic history of the Arctic Alaska continental block located in the foreland of the Brooks Range has been diversely interpreted in the plate reconstructions proposed for the Canadian basin. The Brooks Range mountain chain develops from the Lower Cretaceous to the Cenozoic. Constraining its exhumational history and its link with shortening evolution is essential in this arctic area where plate tectonics, associated to the Canadian basin opening in the North, has led to controversial geodynamic models. Tectonic coupling with the active Pacific subduction in the south as well as major seismogenic strike-slip faulting make this orogen a key area where to refine the regional plate reconstructions and understanding of orogenic processes. The Cenozoic evolution of the Brooks Mountains is poorly understood although it is a nearly unique example of arctic orogen, which have potentially recorded major climate changes like Paleocene-Eocene Thermal Maximum, the Oligocene cooling and Quaternary glaciations. This orogen is a key to study and quantify the climate impact on the north-alaskan topographic growth. This study combined low-temperature thermochronometry (FT, U-Th/He) on granitic and sedimentary rocks, which were thermo-kinematically modeled using Pecube in order to define the orogenic evolution of this arctic region since 100 Ma. In parallel, a field-based structural study (North Yukon and Brooks Range) was combined with the analysis of subsurface data. Thermochronological data, coupled to thermometric RSCM analyses and thermal modeling first define a slow exhumation period (0.2 km/Ma) from Upper Cretaceous up to the Eocene. With the Eocene, exhumation rates drastically increased to reach 1.25-1.29km/Ma as the deformation also migrates from SW toward NE. In both alaskan and canadian parts of mountains ranges a clear Oligocene exhumational event is identified. This event is linked to out-of-sequence crustal duplexing in the internal part of the range in the Brooks Range, contemporaneous with the propagation of deformation offshore, along British and Barn Mountains...

Ce travail de thèse concerne une transversale complète des Pyrénées centro-occidentales, où on a combiné la thermochronologie basse température (traces de fission sur apatites, TFA) avec une analyse structurale détaillée pour décrire les mouvements verticaux associés à l'évolution du système chevauchant, et pour déterminer l'influence de ce dernier sur le cycle sédimentation/enfouissement/exhumation des dépôts synorogéniques du bassin d'avant-chaine sud (bassins de Jaca et Ainsa). L'analyse TFA complète les données déjà publiées dans la Zone Axiale et la Zone Nord-Pyrénéenne, et constitue la première étude de ce genre dans un bassin d'avant-chaîne pyrénéen. Les données TFA sur la transversale du bassin sud-pyrénéen montrent une diminution vers le sud du degré d'effacement des traces de fission, traduisant la diminution vers le sud de la quantité d'enfouissement, supérieure à 5 km au nord et inférieure à 3 km au sud dans l'hypothèse un géotherme de 25°.km-1. Le contexte géologique montre que l'enfouissement est principalement lié à l'accumulation des dépôts synorogéniques. Les données TFA de la partie nord du bassin montrent un refroidissement d'âge Oligocène supérieur-Miocène inferieur (moyen). Par ailleurs, une nouvelle interprétation de profils de sismiques réflexion dans le bassin de Jaca montre que le chevauchement d'Oturia s'enracine dans le chevauchement de socle de Bielsa, responsable de l'exhumation tectonique hors-séquence du bord sud de la Zone Axiale au Miocène inférieur (-moyen) (Jolivet et al., 2007). Ces résultats attestent donc de l'exhumation tectonique hors-séquence au Miocène inférieur (Burdigalien- ?Langhien) de la partie nord du bassin d'avant-chaine sud-pyrénéen. Des données TFA obtenues dans la Zone Axiale et la Zone Nord-Pyrénéenne confirment la migration générale vers le sud du système chevauchant, et mettent également en évidence la réactivation tectonique hors-séquence du bord nord de la Zone Axiale à l'Oligocène terminal-Miocène inférieur. L'ensemble de ces résultats atteste donc de la réactivation en « pop-up » de la parties interne des Pyrénées centre-ouest à l'Oligocène supérieur-Miocène inférieur (Burdigalien- ?Langhien), postérieurement au scellement du front sud-pyrénéen (Aquitanien- ?Burdigalien) classiquement considéré comme marquant la fin de la compression pyrénéenne. Ces données nous ont permis de proposer un nouveau modèle d'évolution crustale des Pyrénées centro-occidentales en 3 grandes étapes : (i) du Crétacé supérieur à l'Eocène moyen, le prisme est caractérisé par une absence de relief, en lien avec l'inversion de structures extensives crétacées conduisant à l'accrétion de petites écailles crustales ; (ii) la période Eocène supérieur-Oligocène correspond à la collision continentale proprement dite, et est marquée par la création d'importants reliefs associés à l'accrétion d'épaisses unités crustales ; (iii) au Miocène inférieur, la partie interne du prisme pyrénéen est réactivée. / In this work on a complete transect of the west-central Pyrenees, we combine low temperature thermochronology (apatite fission tracks, AFT) with a detailed structural analysis to describe vertical movements related to the thrusting system evolution, and to determine the influence of the latter on the sedimentation/burial/exhumation cycle of the synorogenic deposits of the southern foreland basin (Jaca and Ainsa basins). AFT analysis from a transect of the south-Pyrenean basin show the southward decrease of the fission track reset level from the southern edge of the Axial Zone to the South-Pyrenean frontal thrust, implying the southwards decrease of the burial amount from more than 5km in the north to less than 3km in the south assuming an average geothermal gradient of 25°C.km-1. The structural setting of the Jaca basin attests that the burial of the synorogenic sediments was mainly due to the sedimentary accumulation. AFT data from the northern part of the basin display a late Oligocene-early (middle) Miocene cooling event. New interpretation of industrial seismic reflection profiles across the Jaca basin suggests that the Oturia thrust is rooted in the Bielsa basement thrust, responsible for the early (-middle) Miocene out-of-sequence tectonic reactivation of the southern flank of the Axial Zone (Jolivet et al., 2007). These results reveal a lower Miocene (Burdigalian -?Langhian) out-of-sequence episode of tectonic activity of the interior of the south-Pyrenean foreland basin. AFT data from the Axial Zone and the North-Pyrenean Zone confirm the general southward migration of the thrusting system, and also bring evidence of the late Oligocene-lower Miocene out-of-sequence tectonic reactivation of the northern flank of the Axial Zone. All these results attest of a late Oligocene-lower Miocene (Burdigalian-?Langhian) 'pop-up' reactivation of the inner part of the west-central Pyrenees, younger than the sealing of the south-Pyrenean front (Aquitanian-?Burdigalian) which is classically considered to mark the end of the Pyrenean compression. These results lead us to propose a new crustal scale evolution model of the west-central Pyrenees in 3 stages: (i) From the Late Cretaceous to the middle Eocene, the orogenic prism is characterised by the absence of relief, related to the inversion of Cretaceous extensional structures leading to the accretion of thin crustal units; (ii) The late Eocene-Oligocene stage corresponds to the continental collision, marke d by the creation of important relief associated with the accretion of thick crustal units; (iii) During the early Miocene, the inner part of the Pyrenean wedge is tectonically reactivated.

L'isthme de Panama se situe en bordure SW de la plaque Caraïbe, à la jonction de trois plaques lithosphériques: les plaques Amérique du Sud, Nazca et Cocos. Cet isthme est constitué de deux arcs volcaniques formant l'Amérique Centrale. Leurs présences reflètent une histoire complexe de convergence, en subduction. L'événement majeur de cette région correspond à la collision de l'Amérique Centrale contre l'Amérique du Sud entre 12-25 Ma. L'objectif de cette thèse est de documenter les déformations avant, pendant et après le processus d'accrétion continentale. Le but est de mieux comprendre comment un arc volcanique s'accrète sur une marge continentale pour reconstruire l'histoire géodynamique de cette région de 70 Ma jusqu'à nos jours. Cette thèse combine: - une étude sédimentologique et paléontologique, - une étude structurale à partir de données spatiales, géophysiques, et de terrain, - une étude thermochronologique (AFT), - et une étude interprétative sismique. Je propose ainsi une accrétion progressive et oblique de l'Amérique Centrale sur l'Amérique du Sud, s'initiant au sud de la région d'Istmina à partir de 40-37 Ma. La plaque Caraïbe, piégée entre l'arc volcanique et la marge continentale sud-américaine, disparaît progressivement sous l'Amérique du Sud. Vers 15 Ma, l'accrétion de l'arc dans la partie colombienne se termine. Au Panama, la convergence continentale se poursuit, mais le système s'inverse. Une nouvelle subduction s'initie : la plaque Caraïbe subducte sous l'isthme. 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. / The Panama Isthmus is located on the SW boundary of the Caribbean plate, at the junction of the South American, Nazca and Cocos plates. The isthmus is composed of two island arcs forming Central America. It formed by a complex history of plate subductions. The major tectonic event in this region is attributed to the accretion of Central America with South America between 12 and 25 Ma. The aim of this thesis is to document the deformation before, during and after the accretionary continental process. The main purpose is to better understand how a volcanic arc collides against a continental margin in order to reconstruct the tectonic history of this region since 70 Ma until today. This thesis combines: - a sedimentological and paleontological studies, - a structural study from spatial, geophysical and field work data, - a thermochronological study (AFT), - and an interpretative seismic study. I propose the initiation of progressive and oblique arc-continent collision during 40-37 Ma. The Caribbean plate, trapped between the arc and the continent, progressively disappeared beneath the South American continent. Around 15 Ma, the Colombian part of Central America was accreted and the convergence of Panama toward the continent progressed and produced a new subduction zone whereby the Caribbean plate subducted beneath the Panama Isthmus. Compressive deformations, caused by the collision, still actively control the migration of sedimentary masses, allowing the progressive emergence of the isthmus and forming the inter-American land bridge.

L'influence de l'érosion sur la localisation de la déformation dans une chaîne de montagnes est un phénomène souvent envisagé à la suite de modélisations numériques. Or les données géologiques pertinentes en faveur de cette hypothèse sont encore fort peu nombreuses. Aussi, la mise en évidence d'une évolution temporelle et spatiale de la déformation constitue une observable clef pour tester les relations érosion/localisation de la déformation. Nous testons cet effet, sur un objet géologique soumis à des conditions de déplacements aux limites simples et sur un objet géologique soumis à des conditions climatiques et érosives variables latéralement : le flanc sud de l'Himalaya (située au dessus d'un décollement crustal majeur). Elle est soumise à une convergence continue et de valeur constante depuis au moins une dizaine de millions d'années et sa rhéologie est invariante au cours du temps ; elle est en revanche soumise à un gradient climatique d'est en ouest (transversalement par rapport à la direction de convergence), gradient de plus variable au cours du temps. Nous avons mis en oeuvre des techniques de thermochronologie basse température pour consituer une base de données conséquente, que nous avons utilisée dans des modélisations numériques thermo-cinématiques directes et inverses. Nous montrons que 1) au Népal central,le MHT présente une rampe crustale prononcée, et aucun mécanisme de chevauchement en hors-séquence n'est nécessaire pour expliquer les données, 2) la géométrie du MHT varie d'est en ouest, avec une rampe moins prononcée dans l'est de la chaîne, et 3) les variations latérales en terme de mise en place et de cinétique du MFT sont peu importantes.

Ce travail de thèse concerne une transversale complète des Pyrénées centro-occidentales, où on a combiné la thermochronologie basse température (traces de fission sur apatites, TFA) avec une analyse structurale détaillée pour décrire les mouvements verticaux associés à l'évolution du système chevauchant, et pour déterminer l'influence de ce dernier sur le cycle sédimentation/enfouissement/exhumation des dépôts synorogéniques du bassin d'avant‐chaine sud (bassins de Jaca et Ainsa). L'analyse TFA complète les données déjà publiées dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne, e tconstitue la première étude de ce genre dans un bassin d'avant‐chaîne pyrénéen. Les données TFA sur la transversale du bassin sud‐pyrénéen montrent une diminution vers le sud du degré d'effacement des traces de fission, traduisant la diminution vers le sud de la quantité d'enfouissement, supérieure à 5 km au nord et inférieure à 3 km au sud dans l'hypothèse un géotherme de 25°.km‐1. Le contexte géologique montre que l'enfouissement est principalement lié à l'accumulation des dépôts synorogéniques. Les données TFA de lapartie nord du bassin montrent un refroidissement d'âge Oligocène supérieur‐Miocèneinferieur (moyen). Par ailleurs, une nouvelle interprétation de profils de sismiques réflexiondans le bassin de Jaca montre que le chevauchement d'Oturia s'enracine dans lechevauchement de socle de Bielsa, responsable de l'exhumation tectonique hors‐séquencedu bord sud de la Zone Axiale au Miocène inférieur (‐moyen) (Jolivet et al., 2007). Cesrésultats attestent donc de l'exhumation tectonique hors‐séquence au Miocène inférieur (Burdigalien‐ ?Langhien) de la partie nord du bassin d'avant‐chaine sud‐pyrénéen. Des données TFA obtenues dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne confirment lamigration générale vers le sud du système chevauchant, et mettent également en évidencela réactivation tectonique hors‐séquence du bord nord de la Zone Axiale à l'Oligocèneterminal‐Miocène inférieur. L'ensemble de ces résultats atteste donc de la réactivation en " pop‐up " de la parties interne des Pyrénées centre‐ouest à l'Oligocène supérieur‐Miocèneinférieur (Burdigalien‐ ?Langhien), postérieurement au scellement du front sud‐pyrénéen (Aquitanien‐ ?Burdigalien) classiquement considéré comme marquant la fin de lacompression pyrénéenne. Ces données nous ont permis de proposer un nouveau modèle d'évolution crustale des Pyrénées centro‐occidentales en 3 grandes étapes : (i) du Crétacé supérieur à l'Eocène moyen, le prisme est caractérisé par une absence de relief, en lien avec l'inversion de structures extensives crétacées conduisant à l'accrétion de petites écailles crustales ; (ii) la période Eocène supérieur‐Oligocène correspond à la collision continentale proprement dite, et est marquée par la création d'importants reliefs associés à l'accrétion d'épaisses unités crustales ; (iii) au Miocène inférieur, la partie interne du prisme pyrénéen est réactivée.

Ce travail de thèse reconstruit l'histoire des reliefs de la région Mongolie-Sibérie, qui sont les plus septentrionaux d'Asie Centrale associés à la collision Inde-Asie. La formation de ces chaînes (Gobi-Altay, Altay et Sayan) est contrôlée par l'activité de grands décrochements auxquels sont associés des segments de failles inverses. Ces failles réactivent d'anciennes structures crustales. Les reliefs sont caractérisés par la préservation de surfaces plates perchées (plateaux sommitaux et anciens piedmonts) suggérant une surrection récente. À l'aide d'une approche morphotectonique et géochronologique, nous estimons les cinématiques et les vitesses des failles principales ainsi que l'âge du début de la surrection des reliefs qui leur sont associés. Nous décrivons l'évolution morphologique de ces reliefs et analysons les interactions entre les processus tectoniques et climatiques qui les affectent.<br />Pendant le Pléistocène Supérieur – Holocène, la vitesse horizontale des décrochements de Bogd (Gobi-Altay) et de Hovd (Altay) est de ~1 mm/an, tandis que la vitesse verticale des segments inverses est de 0,1-0,2 mm/an. Le début de la surrection des massifs du Gobi-Altay et de l'Altay oriental apparaît synchrone, et se situe entre le Miocène Terminal et le Pléistocène Inférieur. Il s'agit donc des reliefs les plus jeunes d'Asie Centrale, ce qui est cohérent avec une propagation en séquence de la déformation compressive depuis le front himalayen. Ces massifs enregistrent également un événement tectonique jurassique-crétacé, associé à des mouvements verticaux supérieurs à 2 km. L'érosion consécutive à cet épisode aboutit à une vaste pénéplaine, dont les reliques constituent les surfaces sommitales des massifs mongolo-sibériens.

Cette thèse présente les résultats d'une étude de l'histoire à long terme (Miocène – actuel) de l'exhumation des Andes vénézuéliennes, ses rapports avec des structures héritées et le développement de la topographie en réponse à la tectonique et les processus de surface. Les Andes vénézuéliennes constituent un exemple idéal pour étudier les rapports entre ces processus. Elles montrent des inversions et réactivations de structures pré-existantes et sont associées à un gradient climatique majeur dû à l'effet orographique de la chaîne. Par ailleurs, de nombreuses données sont disponibles concernant leur récente évolution tectonique. Cette chaîne de montagne résulte de la transpression causée par la convergence oblique du bloc continental de Maracaibo et de la plaque Amérique du Sud contrôlée, à plus grande échelle, par la jonction triple entre les plaques Amérique du Sud, Caraïbe et Nazca. La cinématique complexe de cette interaction triple et l'évolution continue des structures qui y sont liées, couplée avec les processus de surface, ont profondément affecté l'évolution des Andes vénézuéliennes. Une base de données thermochronologiques de basse température est présentée dans cette thèse, composée de 47 nouveaux âges par traces de fission sur apatite (AFT): 24 échantillons in-situ provenant du substratum rocheux, 15 échantillons de sédiments synorogéniques et 8 échantillons de sédiments de rivières actuelles. La base de données a été augmentée de 27 âges AFT du substratum rocheux et 10 âges AFT existants ont été révisés, ces derniers 37 âges ayant été fournis par B.P Kohn (Université de Melbourne, Australie). Les âges AFT ont été convertis en taux d'exhumation à long terme en utilisant des modélisations numériques de l'évolution thermique. Les analyses des données AFT in-situ ont permis de délimiter sept blocs tectoniques avec des histoires d'exhumation variables à travers les Andes Vénézuéliennes. Les blocs de Caparo et de Valera sur les deux extrémités de la chaîne, qui ont été séparés par le mouvement dextre de la faille du Boconó, montrent des âges entre 7 et 27 Ma et entre 11 et 145 Ma respectivement. Ces blocs représentent des zones d'exhumation relativement lente. Dans la partie centrale des Andes Vénézuéliennes, les âges AFT des blocs de la Sierra La Culata (5-8 Ma), d'El Carmen (2-3 Ma) et de la Sierra Nevada (5-8 Ma) enregistrent une exhumation majeure récente qui répond à la transpression et l'érosion au long du système de failles du Boconó. Sur les deux flancs de la chaîne, les âges AFT dans le bloc d'El Escalante (5-6 Ma) au nord, et le bloc chevauché du Cerro Azul (5-8 Ma âge AFT) au sud indiquent une phase de compression importante, à l'origine de la structure à double vergence des Andes vénézuéliennes, pendant le Miocène Supérieur. Les analyses AFT sur apatite détritique dérivé de l'échantillonnage des rivières actuelles ont permis a) d'extrapoler les âges in-situ à travers les Andes vénézuéliennes, b) de déterminer la provenance des sédiments, et c) d'analyser les rapports entre taux d'exhumation et les facteurs de contrôle potentiels. Les résultats indiquent une forte corrélation entre le relief et le taux d'exhumation à long terme mais une absence de corrélation entre les taux d'exhumation à long terme et les précipitations actuelles ou la libération d'énergie sismique (mesurées au cours des 20 dernières années), indiquant que le contrôle de la tectonique et / ou des processus climatiques sur l'exhumation ne peut être distingué d'une manière simple. L'analyse AFT sur des sédiments syn-orogéniques des bassins d'avant-pays de Maracaibo et de Barinas ont permis d'établir un schéma de l'exhumation depuis le Miocène tardif jusqu'à l'actuel. Des analyses Rock-Eval sur sédiments Mio-Pliocènes montrent que ces séries n'ont pas été enfouies plus profondément que la zone de recuit partiel des AFT (PAZ), au moins sur les sections étudiées. Des âges AFT jeunes dans des échantillons provenant de la Formation Parángula sur le flanc sud indiquent que cette formation a probablement un âge Miocène moyen, nettement plus jeune que précédemment admis. Les données AFT combinées avec des analyses palynologiques révèlent que la Formation Pliocène de Betijoque sur le flanc nord correspond à la partie supérieure de la Formation Río Yuca au sud des Andes vénézuéliennes.