Academic literature on the topic 'Post-orogénique'

The Damara Supergroup in Namibia and the Katanga Supergroup in the Central African Copperbelt (some 1000 km apart) are characterized by rock successions indicative of almost coeval orogenic evolution through phases of intracontinental rifting, spreading, continental rupture, subduction, ocean closure and continental collision in what appears to have been a single, elongate orogenic belt. Rifting began at about 880 Ma and lasted until about 800 or 756 Ma. Post-rift thermal sag and marine transgression produced the first correlatable stratigraphic units, the argillaceous Beesvlakte and Ore Shale Formations, in northern, carbonate-dominated platformal successions on the Damaran Northern Platform and the Katangan Lufilian Arc or Fold Belt, respectively. Sturtian (~735 Ma) and Marinoan (635 Ma) glacial units are common to both successions as well as syntectonic molasse sequences (~595–550 Ma). Continental collision occurred at about 542 Ma and the post-tectonic peak of regional metamorphism was at about 535–530 Ma. Mineral ages record cooling to about 460 Ma. The extensive occurrence of stratabound, but not stratiform, copper mineralization, evaporitic minerals, salt and thrust tectonics, syntectonic breccias, and intense alteration in the Lufilian Arc have no significant equivalents in the Northern Platform. However, the Beesvlakte Formation has both concordant and strongly discordant styles of copper mineralization and the mode of occurrence of mineralization in the Copperbelt can be a guide to exploration in Namibia.SOMMAIRELe Supergroupe de Damara en Namibie et le Supergroupe de Katanga de la bande cuprifère d’Afrique centrale (distant de 1 000 km) sont caractérisés par des successions de roches montrant une évolution orogénique presque contemporaines dans leurs phases de distension intracontinentale, d’expansion, de rupture continentale, de subduction, de fermeture océanique et de collision continentale, dans ce qui semble avoir été une seule et même bande orogénique étroite. La distension a débutée il y a environ 880 Ma et s’est prolongé jusqu’à 800 Ma ou 756 Ma. Le fléchissement thermique post-distension et la transgression marine ont donné les premières unités stratigraphiques corrélables, soit la Formation argileuse de Beesvlakte et la Formation de Ore Shale, de la portion nord des successions de plateforme principalement carbonatées sur la Plateforme nord de Damaran et de l’Arc ou de la bande plissée de Katangan Lufilian respectivement. Les unités glaciaires de Sturtian (~735 Ma) et de Marinoan (635 Ma) sont communes aux deux successions, tout comme les séquences de molasses syntectoniques (~595–550 Ma). La collision continentale s’est produite il y a environ 542 Ma et le pic post-tectonique de métamorphisme régional a eu lieu il y a environ 535 à 530 Ma. Selon les datations minérales, le refroidissement s’est produit il y a environ 460 Ma. La prépondérance du contexte stratoïde plutôt que stratiforme des minéralisations de cuivre, des minéraux d’évaporites, de sel et de tectonique de compression, de brèches syntectoniques, et d’altération intense dans l’Arc de Lufilian, n’a pas d’équivalent dans la plateforme du nord. Cependant, la Formation de Beesvlakte présente des minéralisations de cuivre qui sont ou concordantes, ou fortement discordantes, et le mode d’occurrence de la minéralisation dans le bande cuprifère peut servir de guide à l’exploration en Namibie.

The Ottawa River Gneiss Complex (ORGC) in the western Grenville Province of Ontario and Quebec is interpreted as the exhumed mid-crustal core of a large metamorphic core complex. This paper concerns the post-peak evolution of the Muskoka domain, the highest structural level in the southern ORGC that is largely composed of amphibolite-facies straight gneiss derived from retrogressed granulite-facies precursors. It is argued that retrogression and high strain occurred during orogenic collapse and that the Muskoka domain acted as the ductile detachment zone between two stronger crustal units, the underlying granulite-facies core known as the Algonquin domain and the overlying lower grade cover comprising the Composite Arc Belt. Formation of the metamorphic core complex followed Ottawan crustal thickening, peak metamorphism and possible channel flow, and took place in a regime of crustal thinning and gravitational collapse in which the cool brittle–ductile upper crust underwent megaboudinage and the underlying hot ductile mid crust flowed into the intervening megaboudin neck regions. Post-peak crustal thinning in the Muskoka domain began under suprasolidus conditions, was facilitated by widespread retrogression, and was heterogeneous, perhaps attaining ~90% locally. It was associated with a range of ductile, high-temperature extensional structures including multi-order boudinage and associated extensional bending folds, and a regional system of extension-dominated transtensional cross-folds. These ductile structures were followed by brittle–ductile fault propagation folding at higher crustal level after the gneiss complex was substantially exhumed and cooled. Collectively the data record ~60 m.y. of post-peak extension on the margin of an exceptionally large metamorphic core complex in which the ductile detachment zone has a true thickness of ~7 km. The large scale of the core complex is consistent with the deep level of erosion, and the long duration of extensional collapse is compatible with double thickness crust at the metamorphic peak, the presence of abundant leucosome in the mid crust and widespread fluid-fluxed retrogression, collectively pointing to the important role of core complexes in crustal cooling after the peak of the Grenvillian Orogeny.RÉSUMÉLe complexe gneissique de la rivière des Outaouais (ORGC) dans la portion ouest de la Province de Grenville au Québec et en Ontario est interprété comme le cœur d’un grand complexe métamorphique à coeur de noyau. Le présent article porte sur l’évolution post-pic du domaine de Muskoka, soit le niveau structural le plus élevé de l’ORGC composé en grande partie d’orthogneiss au faciès amphibolite dérivés de précurseurs au faciès granulite. Nous soutenons que la rétromorphose et les grandes déformations se sont produites durant l’effondrement orogénique et que le domaine de Muskoka en a été une zone de détachement ductile entre deux unités crustales plus résistantes, le cœur au faciès granulite sous-jacent étant le domaine Algonquin, et la chapeau sus-jacent à plus faible grade de métamorphisme comprenant le Ceinture d’Arc Composite. La formation du complexe métamorphique à coeur de noyau est survenue après l’épaississement crustale ottavien, le pic métamorphique et le possible flux en chenal, et s’est produit en régime d’amincissement crustal et d’effondrement gravitationnel au cours duquel la croûte supérieure refroidie a subit un mégaboudinage et où la croûte moyenne chaude et ductile sous-jacente a flué dans les régions entre les mégaboudins. L’amincissement crustale post-pic dans le domaine de Muskoka, qui a débuté en conditions suprasolidus, a été facilité par une rétromorphose généralisée, hétérogène, atteignant à peu près 90 % par endroits. Celle-ci a été associée avec une gamme de structures d’extension ductiles de haute température, incluant du boudinage de plusieurs ordres de grandeur et de plis de flexure d’extension, ainsi qu’un système régional de plis croisés d’origine transtensionnelle. À ces structures ductiles a succédé une phase de plissement de propagation de failles cassantes à ductiles à un plus haut niveau crustal, après que le complexe gneissique ait été exhumé et se soit refroidi. Prises ensemble, les données indiquent une extension post-pic sur la marge d’un complexe métamorphique à coeur de noyau exceptionnellement grand aux environs de 60 m.y. et dans laquelle la zone de détachement montre une épaisseur véritable d’environ 7 km. La grandeur de l’échelle du complexe métamorphique à coeur de noyau concorde avec le fort niveau d’érosion, et la grande durée de l’effondrement d’extension est compatible avec une croûte de double épaisseur au pic de métamorphisme, la présence de leucosomes abondants dans la croûte moyenne et d’une rétromorphose à flux fluidique généralisée, l’ensemble indiquant l’importance du rôle des complexes métamorphiques à coeur de noyau dans le refroidissement de la croûte après le pic de l’orogenèse grenvillienne.

Transform faults along the Iapetan rifted continental margin of Laurentia offset the continental rift and/or bound domains of oppositely dipping low-angle detachments. Rift-parallel and transform-parallel intracratonic fault systems extend into continental crust inboard from the rifted margin. Ages of synrift igneous rocks, ranging from 765 to 530 Ma, document non-systematic diachroneity of rifting along the Iapetan margin. Synrift sedimentary accumulations show abrupt variations in thickness across transform faults, and some concentrations of synrift igneous rocks are distributed along transform faults and transform-parallel intracratonic fault systems. The greatest thicknesses of Cambrian–Ordovician passive-margin shelf-carbonate deposits are along transform margins and in continental-margin basins along transform faults, as well as along transform-parallel intracratonic fault systems, indicating anomalously great post-rift thermal subsidence along transform faults. Along the Ordovician–Permian Appalachian-Ouachita orogenic belt, a diachronous array of synorogenic clastic wedges fills foreland basins, recording tectonic-load-driven flexural subsidence of the lithosphere. The greatest thicknesses of synorogenic clastic wedges of all ages are consistently in foreland basins along transform margins and inboard from intersections of transform faults with the rifted margin, indicating systematically weaker lithosphere along transform faults. The distinctive and pervasive properties and behaviour of the lithosphere along transform faults in successive tectonic settings suggest fundamental controls on tectonic inheritance at transform faults. Recent models for continental rifting incorporate ductile extension of the mantle lithosphere beneath brittle extension of the crust; the domain of ductile extension of the mantle lithosphere may reach significantly inboard from the rifted margin of the brittle crust, accounting for rift-parallel extensional faults in the crust inboard from the rifted margin. A transform offset of a rift in brittle crust requires a similar offset in ductile extension of the mantle lithosphere, leading to differential ductile flow on opposite sides of the transform and imparting a transform-parallel distributed-shear fabric. Transform-parallel distributed shear in the mantle lithosphere provides a mechanism for brittle transform-parallel fault systems in the continental crust. Studies of seismic anisotropy show fast directions parallel with transform faults, indicating systematic orientation of crystals through transform-parallel distributed shear in the mantle lithosphere.SOMMAIRELes failles transformantes le long de la marge continentale divergente japétienne de la Laurentie décalent le rift continental et/ou les domaines accrétés en des décollements à pendages opposés faibles. Des systèmes de failles intracratoniques parallèles au rift, et parallèles à la transformation, pénètrent vers l’intérieur de la croûte continentale à partir de la marge de rift. Les âges des roches ignées syn-rift, entre 765 Ma et 530 Ma, témoignent d’une activité de rifting diachronique non-systématique le long de la marge japétienne. Des empilements sédimentaires syn-rifts montrent des variations abruptes d’épaisseur d’une faille transformante à l’autre, et des concentrations de roches ignées syn-rifts se répartissent le long des systèmes de failles transformantes et de failles intracratoniques parallèles. Les accumulations les plus épaisses de carbonates de plateforme de marge continentale passive se trouvent le long des marges de cisaillement et dans les bassins de marge continentale le long de failles transformantes, de même qu’au long des systèmes de failles intracratoniques parallèles, évoquant une subsidence anormalement forte le long des failles transformantes. Le long de la bande orogénique ordovicienne-permienne Appalaches-Ouachita, une gamme diachronique de prismes clastiques synorogéniques remplit les bassins d’avant-pays, attestant d’une subsidence par flexure lithosphérique d’origine tectonique. Les plus grandes épaisseurs de prismes clastiques synorogéniques à tous les âges sont toujours situées dans les bassins d’avant-pays le long des marges transformantes, et vers l’intérieur, à partir des intersections des failles transformantes avec la marge de rift, indiquant une lithosphère systématiquement plus fragile le long des failles transformantes. Les propriétés particulières et le comportement généralisés de la lithosphère le long des failles transformantes dans les contextes tectoniques successifs sont la marque de contrôles fondamentaux sur l'héritage tectonique des failles transformantes. Les modèles récents de rifting continental comportent une extension ductile de la lithosphère mantellique sous l’extension cassante de la croûte; le domaine d'extension ductile de la lithosphère mantellique peut s’étendre significativement vers l’intérieur de la marge de divergence de la croûte cassante, d’où les failles d'extension parallèle au rift, à l’intérieur de la croûte de la marge de divergence. Un décalage de transformation de rift de la croûte comporte un décalage du même genre de l’extension ductile de la lithosphère mantellique, ce qui implique un différentiel de flux ductile sur les bords opposés de la transformation, d’où cette fabrique d’extension parallèle à la transformation. L’extension parallèle à la transformation de la lithosphère mantellique fournit un mécanisme qui explique les systèmes de failles transformantes parallèles dans la croûte continentale. Les études de l’anisotropie sismique montre les grandes vitesses de propagation parallèles aux failles de transformations, ce qui indique une orientation systématique des cristaux induite par une extension répartie selon les cassures transformantes dans la lithosphère mantellique.

L'incision des rivières est un processus clé contrôlant l'érosion des paysages. L'efficacité de l'incision est principalement influencée par le climat et par l'érodibilité. La possibilité de mesurer in-situ l'érodibilité avec un marteau de Schmidt (R) est évaluée pour Taiwan, les grès d'Annot et la zone de faille de St Clement. Les résultats suggèrent un fort contrôle de R par les propriétés équivalentes. Un modèle basé sur la théorie des milieux équivalents, est appliqué à une zone de faille avec une résolution inégalée (750 mesures, 25 mesures par mètre carré). Le modèle permet de corréler avec succès la densité de fracture et R. Ces résultats démontrent empiriquement que l'érodibilité est sensible à la densité et à la nature des fractures. Par ailleurs, plusieurs outils numériques sont développés. Un formalisme 1D d'évolution des paysages avec une approche stochastique est proposée ainsi qu'un nouvel algorithme de remaillage appelé Surface Lagrangian Remeshing permettant d'inclure l'érosion dans les codes numériques 2D aux éléments finis. Le modèle est appliqué à l'évolution post-orogénique des chaînes de montagnes. Les taux observés de décroissance topographique et de diminution du rapport de l'élévation de surface sur l'épaisseur de racine crustale sont reproduit. Ce nouveau modèle met en évidence le contrôle du climat et de l'érodibilité sur la décroissance topographique, et de la rhéologie lithosphérique sur la persévérance des racines crustales
River incision is a key process controlling landscapes evolution. Efficiency of incision is mainly influenced by climate and soil erodibility. The possibility of measuring erodibility in-situ with a Schmidt hammer (R) is evaluated for Taiwan, the Annot sandstones and the fault zone of St Clement. The results suggest a strong control of R by rocks effective properties. A model based on the theory of equivalent media, is applied to a fault zone with unmatched resolution (750 measures, 25 steps per square meter). The model successfully correlates the density of fractures and R. These results empirically demonstrate that erodibility is sensitive to the density and nature of fractures. Ln addition, several numerical tools are developed. A 1D formalism of landscape evolution with a stochastic approach is proposed as weIl as a new remeshing algorithm called Surface Lagrangian Remeshing, dedicated to erosion in 2D numerical codes with finite elements. The model is applied to the post-orogenic evolution of mountain ranges. The observed rates of topographie decay and decrease of the ratio of surface elevation to crustal root thickness are reproduced. This new model highlights the control of climate and erodibility on the decay of topography, and lithospheric rheology on the perseverance of crustal roots

Le propos de cette thèse est d’étudier le système « source-to-sink » du système Pyrénées et de son rétro-bassin d’avant-pays, le bassin d’Aquitaine et de son équivalent profond, le golfe de Gascogne (« Bay of Biscay »), durant le Cénozoïque. Ce travail a nécessité (1) une ré-évaluation biostratigraphique, (2) une analyse en termes de stratigraphie sismiques et une quantification des volumes de sédiments préservées, (3) une quantification des volumes érodés issus du Massif central, (4) une quantification des volumes érodés issus des Pyrénées, (5) une synthèse de l’ensemble de ces données. Le passage de la phase orogénique à post-orogénique s’opère entre 27.1 et 25.2 Ma. Il correspond à la succession de trois surfaces d’érosion qui fossilisent l’ensemble les structures compressives. La période orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) jusqu’à 43.5 Ma (Lutétien), est caractérisée par une forte subsidence au front du Chevauchement Nord-Pyrénéen, (2) de 43.5 à 27.1 Ma, est caractérisée par la migration de la subsidence vers le bassin, dans des sous-bassins contrôlés par l’activité des chevauchements. La période post-orogénique est découpée en deux phases distinctes, (1) de 25.2 à 16 Ma environ, correspond à la mise en place du rebond isostatique, (2) entre 16 et 10.6 Ma, correspond à une surrection de l’ensemble du système. Cette phase correspond à un évènement ouest-européen sans doute lié à une activité mantellique. La quantité totale de roches préservés dans le bassin d’Aquitaine et le golfe de Gascogne est de 92 200 km3. La répartition des sédiments préservés au cours du temps évolue en faveur du bassin d’Aquitaine entre 66.0 et 33.9 Ma et en faveur du golfe de Gascogne entre 5.3 et 0 Ma. Cette balance est due aux différents stades d’évolution de la subsidence/surrection dans le bassin d’Aquitaine. Les taux de sédimentations montrent deux périodes d’augmentation des flux sédimentaires, la première à la limite Eocène-Oligocène que nous relions à la fois à la période d’exhumation paroxysmale pyrénéenne mais également au refroidissement global contemporain. La deuxième, à 5.3 Ma, semble correspondre à l’augmentation mondiale des flux, dont l’origine climatique est favorisée par les auteurs. La quantité totale de roches érodées issues des Pyrénées et du Massif central est de 34 335 km3. La différence observée entre les volumes sédimentés et les volumes érodées peut s’expliquer par l’apport de sédiments issus des courants à partir du Pliocène, la non prise en compte des volumes issus des massifs cantabriques et une sous-estimation des volumes érodés
The purpose of this thesis is to study the "source-to-sink" system of the Pyrenees system and its retro-foreland basins, the Aquitaine basin and its deep equivalent, the Bay of Biscay during the Cenozoic. This work required (1) a biostratigraphic re-evaluation, (2) an analysis in terms of seismic stratigraphy and quantification of preserved sediment volumes, (3) a quantification of eroded volumes from the Massif Central, (4) a quantification of the eroded volumes from the Pyrenees, (5) a synthesis of all these data. The transition from the orogenic to the post-orogenic phase occurs between 27.1 and 25.2 Ma. It corresponds to the succession of three erosional surfaces that fossilize the entire compressive structures. The orogenic period is divided into two phases, (1) up to 43.5 Ma (Lutetian), is characterized by a strong subsidence at the front of the North-Pyrenean-Thrust, (2) from 43.5 to 27.1 Ma, is characterized by the subsidence migration toward the basin, in sub-basins controlled by the thrusts activity. The post-orogenic period is divided into two phases, (1) from 25.2 to 16 Ma approximately, corresponds to the establishment of the isostatic rebound, (2) between 16 and 10.6 Ma, corresponds to an uplift of the whole system. This phase corresponds to a West European event undoubtedly linked to a mantle activity. The total quantity of rocks preserved in the Aquitaine basin and the Bay of Biscay is 92 200 km3. The distribution of sediments preserved over time evolves in favor of the Aquitaine basin between 66.0 and 33.9 Ma and in favor of the Bay of Biscay between 5.3 and 0 Ma. This balance is due to the different stages of evolution of the subsidence / uplift in the Aquitaine basin. The sedimentation rates show two periods of increase in sedimentary fluxes, the first at the Eocene-Oligocene limit, which we relate to both the period of Pyrenean paroxysmal exhumation and to contemporary global cooling. The second, at 5.3 Ma, seems to correspond to the global increase of fluxes, whose climatic origin is favored by the authors. The total amount of eroded rock from the Pyrenees and the Massif Central is 34 335 km3. The difference observed between the sedimented volumes and the eroded volumes can be explained by the contribution of sediments resulting from the currents from the Pliocene, the not taking into account the volumes coming from the Cantabrian massifs and an underestimation of the eroded volumes

Le bassin de Kandi situé au nord-est du Bénin et dans le sud-ouest du Niger est rattaché à un ensemble de bassins extensifs intracratoniques peu subsidents, d’âge paléozoïque inférieur, décrits en Afrique de l'Ouest. Ce bassin est caractérisé par un remplissage essentiellement détritique, de faible épaisseur (inférieur ou égal à 600 m), discordant sur le socle granito-gneissique et quartzitique panafricain. L'analyse microtectonique caractérise l'histoire polyphasée de la faille bordière N20°E de Kandi, accident crustal majeur à l'échelle de l’Afrique de l'ouest. Il est établi que cet accident de Kandi correspondant à une ancienne zone mylonitique panafricaine à jeu inversé et décrochant dextre, est successivement réactivé en faille normale a composante senestre au cours de la première phase distensive paléozoïque N65°E, en faille normale pendant le deuxième épisode extensif paléozoïque N100°E puis en décrochement senestre et en faille inverse au cours de la phase compressive N-S à N140°E crétacée. L'étude tectono-sédimentaire met en évidence le contrôle étroit exercé par l'accident majeur N20°E de Kandi sur les faciès sédimentaires et sur la géométrie des dépôts d’âge cambrien supérieur ? A silurien inférieur, structures en synclinaux syn-sédimentaires. La sédimentation détritique de base associe de l'ouest vers l'est des dépôts proximaux de cône alluvial et des grès distaux fluviatiles, soumis probablement à une influence glaciaire. Ces niveaux continentaux de base passent verticalement a des sédiments marins d’âge ordovicien supérieur a silurien inferieur, représentés par des grès et des siltites à litage sigmoide à mamelonne, interprétés comme des dépôts tidaux et des tempestites. Le jeu normal synsédimentaire de la faille de Kandi et des accidents secondaires associés est à l'origine de la répartition spatiale des facies détritiques de cône alluvial, fluviatiles et marins ainsi que de la géométrie générale du remplissage sédimentaire, structure en un ensemble de synclinaux synsédimentaires associant discordance progressive et discordances angulaires intraformationnelles. La structuration du bassin de Kandi en demi-graben, principalement acquise au cours de la phase distensive paléozoïque, résulte du fonctionnement de l'accident de Kandi en faille de détachement. Nous attribuons la formation du bassin de Kandi et de ses équivalents d’Afrique de l'ouest à un processus d'effondrement gravitaire de la chaine panafricaine, induisant une tectonique en extension post-orogénique pendant le paléozoïque inférieur.

This thesis aims at deciphering the respective roles of autogenic processes and allogenic forcing in the post-orogenic evolution of a coupled mountain catchment/foreland megafan system, with a focus on the Lannemezan megafan and its mountainous catchment in the northern Pyrenees (France). AFT data are consistent with previously published thermochronological data, showing (i) the main exhumation phase of the Axial Zone (AZ; ~50-30 Ma) with lateral variations in the exhumation rates, (ii) a later unroofing of the North-Pyrenean Zone (NPZ; since ~20 Ma), and (iii) a late (~20-15 Ma) exhumation phase only recorded in the western part of the range (west of the Neste River). The megafan was thus built at a late stage of the orogeny and its source catchment lays on the boundary between two tectonic domains. Petrographic data shows that the source area encompasses the NPZ and AZ but modern river sands yield more granitic material than the megafan sediments. This discrepancy suggest that (i) the foreland deposits are locally sourced, but this is not consistent with the definition of a megafan, (ii) the crystalline massifs may have been insufficiently unroofed, but this is inconsistent with the presence of granitic material in Eocene deposits of the south foreland, (iii) the main drainage divide migrated to the south around that period, but this seems inconsistent with the exhumation history of the range as inferred from thermochronological data. Comparison of my estimation of the sedimentary budget and AFT-derived exhumation rates suggests that the current watershed of the Neste is more than sufficient to provide the material for the building of the Lannemezan megafan. This implies that (i) the catchment boundaries have not necessarily changed since the Miocene and (ii) a significant portion of the sediments bypassed the megafan. I dated the abandonment of Quaternary surfaces using cosmogenic nuclides (10Be, 26Al). The abandonment of the megafan (~300 ka) and of the alluvial terraces (~100ka, ~20ka and ~1ka) suggests that incision episodes are triggered by cold-to-warm climatic shifts. The terrace slopes increase with time: I propose that the region was subjected to northward tilting by flexural isostatic rebound as a response to erosional unloading of the range during the Quaternary. From the morphometric analysis (χ-proxy, steepness index, concavity, long river profiles) I show (i) drainage reorganization near the megafan apex and (ii) no influence on the drainage network from active tectonic structures or base-level variations. The abandonment and of the Lannemezan megafan is thus linked to the capture of the Neste by the Garonne and its episodic incision is linked to Quaternary climatic cycles. Numerical modelling adequately reproduce the building of a large megafan in 15 Ma by progradation of the deposits carried by a central river that becomes dominant in the sediment routing. I suggest that, in the northern Pyrenean foreland, the Atlantic Ocean to the west and large, efficient rivers create the conditions needed for a river to be singled out and build a megafan. Negligible subsidence at during the Miocene may have encouraged progradation. I suggest that, in the northern Pyrenees, the main driving force for long-term entrenchment of the megafan is linked to autogenic processes but these are modulated by short-term climatic changes (and possibly isostatic movements). Numerical modelling also evidenced the strong coupling between the mountainous catchment and the basin and the characteristic response times (on the order of 10 ka)
Le but de cette thèse est de comprendre ce qui contrôle l’évolution géomorphologique post-orogénique d’un ensemble composé d’un bassin versant montagneux et de son piedmont à partir de l’exemple du méga-cône alluvial de Lannemezan et son bassin versant au flanc nord des Pyrénées. Les données de thermochronologie in-situ et détritiques confirment les phases d’exhumations : (1) une phase d’exhumation majeure (~50-30 Ma), enregistrée dans toute la ZA bien qu’avec des vitesses différentes à l’est (Ariège) qu’à l’ouest, (2) une excavation plus tardive de la ZNP (à partir de ~20 Ma), et (3) une phase tardive d’exhumation (vers 15-20 Ma) enregistrée seulement à l’ouest. Le méga-cône se forme donc à une période post-orogénique où la tectonique cesse de jouer un rôle dominant, mais le bassin versant d’alimentation du cône se situe à une position charnière entre deux zones qui s’exhume différemment. Les données de pétrographie des sédiments indiquent une zone source qui inclut la ZNP et la ZA. La proportion de matériel cristallin dans les sédiments Oligo-Miocène est plus faible que celle des sédiments des rivières actuellesce qui pourrait suggérer que (1) les massifs cristallins n’étaient pas suffisamment exhumés mais cela semble incohérent avec les études précédentes, (2) que la ligne de partage des eaux a migré vers le sud, mais ce n’est pas cohérent avec l’histoire d’exhumation de la chaîne. J’ai comparé le volume érodé dans le bassin pour produire le méga-cône et le flux sédimentaire estimé à partir des taux d’exhumation : il semble que le bassin versant actuel de la Neste est plus que suffisant pour produire les sédiments du cône, ce qui suggère que (1) la taille du bassin versant n’a pas nécessairement changé et (2) une partie des sédiments a été directement exportée vers le bassin marin. Les résultats des datations par nucléides cosmogéniques (10Be et 26Al) suggèrent que le cône est abandonné vers ~300 ka et les terrasses alluviales qui bordent les rivières du piémont (~100ka, ~20ka et ~1ka) pourraient suggérer un contrôle climatique sur l’incision (cycles glaciaires/interglaciaires). Pour expliquer la pente des terrasses je propose l’hypothèse d’un basculement de la région en lien avec un rebond isostatique au Quaternaire. L’analyse morphométrique du réseau de drainage montre (i) une réorganisation par capture dans la partie sud du cône et (ii) qu’il n’y a pas de structure tectonique active ou de variation du niveau marin. J’ai utilisé un modèle numérique pour comprendre les conditions de formation et d’incision d’un méga-cône et comparé les résultats avec les observations faites sur le cône de Lannemezan et son bassin versant. Les résultats suggèrent que le temps de construction d’un tel cône est de l’ordre de 15 Ma, par progradation des dépôts d’une rivière centrale qui domine les apports du piémont. La comparaison avec le cas de Lannemezan suggère que (1) l’Océan Atlantique à l’ouest et les grandes rivières, au transport efficace créent un environnement propice à la formation du méga-cône; (2) la subsidence négligeable du piémont pourrait avoir favorisé la construction du méga-cône; (3) les processus autogéniques sont suffisants pour produire au long terme une incision permanente du cône par sa rivière d’alimentation. Les forçages externes (tectoniques, climat) ne font que moduler l’incision autogénique. La réponse du paysage à un forçage climatique cyclique montre un temps caractéristique de l’ordre de 10 ka. Finalement, la modélisation a permis de mettre en évidence les interactions entre le piémont et la chaîne

L'introduction est essentiellement consacrée à l'historique des travaux géologiques faits sur le Primaire du massif des Rehamna et sur les interprétations proposées pour expliquer la structure de sa partie septentrionale (région de Mechra ben Abbou). La première partie est relative à la stratigraphie des terrains impliqués dans l' orogenèse hercynienne et des molasses post-orogéniques, l'accent étant mis sur l'évolution paléogéographique des bassins. Le Cambrien, l'Ordovicien et le Silurien sont caractérisés par un régime de plate-forme peu profonde. A partir du Dévonien inférieur, la géométrie des bassins commence à se dessiner: un haut-fond (ou terre émergée) subméridien, placé au niveau de l'actuel axe d'Imfout va guider la sédimentation et l'évolution des bassins successifs pendant tout le Dévonien et le Carbonifère inférieur. Cette paléogéographie est analogue à celle de la Méséta nord-occidentale qui constitue le prolongement septentrional de la zone étudiée. Les conglomérats de Mechra ben Abbou, produit de démentelement de la chaine hercynienne, ainsi que les produits volcaniques associés se sont déposés dans des bassins intramontagneux contrôlés par des failles d'abord E-W puis N30°. La deuxième partie est consacrée à l'étude des déformations synsédimentaires qui ont accompagné l'ouverture des bassins glissements intraformationnels synchrones de la sédimentation dans les bassins dévonien inférieur et viséen supérieur ; olistolites et olistostromes essentiellement dans le bassin dévonien inférieur; nappes gravitaires (ou klippes sédimentaires) sur la bordure occidentale du bassin viséen supérieur et failles synsédimentaires actives pendant l'ouverture des différents bassins du Dévonien au Carbonifère. La troisième partie est consacrée à l'étude du magmatisme préorogénique viséen. Sur la base des analyses pétrographiques et chimiques des éléments majeurs, nous retiendrons qu'il s'agit d'un magmatisme tholéiitique associé à l'ouverture d'un bassin arrière arc. Ce résultat est en accord avec les études faites par d'autres auteurs sur le magmatisme dinantien des Jebilet centrales et de la Méséta nord-occidentale qui appartiennent paléogéographiquement au même ensemble. La quatrième partie est axée sur l'étude tectonique ; Trois épisodes de déformation sont mis en évidence : 1 - déformation précoce caractérisée d'abord par un plissement P0 très modéré suivi d'une phase d'érosion et de la mise en place, en partie gravitaire, de l'unité allochtone de la Gada Jennabia ; 2 - déformation majeure d'intensité variable selon les zones : elle est maximale dans des couloirs répartis en deux directions N-S à N30° et N70°, sans doute héritées des zones d'anisotropie du socle sous-jacent, où se produisent successivement deux phases de plissement Pl et P2 suivies de cisaillement cassant à composante décrochante dextre. Dans des couloirs plus larges, la déformation majeure est moins intense ; les seuls plis P1 qui y sont représentés sont en échelon ; leur obliquité sur les couloirs indique encore une tendance décrochante dextre 3 - tectonique tangentielle tardi-hercynienne : d'abord une première phase qui se manifeste par des chevauchements du SE vers le NW dans certains couloirs de cisaillement ; il semble y avoir un passage du décrochement au chevauchement. Certains contacts tangentiels précoces sont également réactivés. Lors de la seconde phase, les déplacements sont du N vers le S. Cette seconde phase est peut-être synchrone de la déformation des molasses post-orogéniques. Les déformations post-orogéniques qui affectent les premiers dépôts congloméra tiques et volcaniques (formation 1) ainsi que leur substratum paléozoïque se manifestent par un plissement N60° à N80° suivi d'écaillage à vergence N à NNW puis de fracturation N30° et N80° ; les conglomérats et le matériel volcanique de la formation 2 qui reposent en discordance angulaire sur les premiers sont flexurés par un rejeu tardif des failles N30°. Dans la conclusion générale un essai de synthèse de l'évolution sédimentaire et tectonique dans l'ensemble du tronçon hercynien du Moyen Maroc a été proposé : la migration de la déformation paroxysmale de l'Est (Midelt) où elle est d'âge dévonien supérieur à l'Ouest (Méséta occidentale) où elle est d'âge post-namurien permet de placer la partie interne de la chaîne vers l'Est. Un modèle géodynamique déduit des résultats géochimiques des roches magmatiques dinantiennes envisage une suture probable vers l'Est du Maroc avec plongement d'une plaque océanique vers l'Ouest, sous la Méséta occidentale. Cette suture marocaine hypothétique pourrait constituer un prolongement vers le Sud de la suture méridionale de la chaîne hercynienne de l'Europe.

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.

Cette étude a visé à contraindre les processus tectoniques, magmatiques et métamorphiques actifs dans la croûte moyenne, du Permien à l’exhumation des roches pendant les riftings mésozoïques, en se focalisant sur un gabbro permien dans les nappes austroalpines (Italie du nord, sud-est de la Suisse). L’évolution du gabbro de Sondalo, mis en place dans l’unité de Campo, est examinée en combinant géologie structurale, pétrologie magmatique et métamorphique, et géochronologie. Les résultats de cette étude (1) apportent des contraintes sur les relations thermiques et mécaniques entre le pluton et l’encaissant pendant sa mise en place dans la croûte moyenne, (2) décrivent les mécanismes d’ascension de magmas mafiques au travers de la croûte continentale et (3) documentent l’exhumation et le refroidissement de l’unité de Campo et de l’unité sus-jacente de Grosina pendant la formation de la marge riftée adriatique
This study aims to unravel tectonic, magmatic and metamorphic processes active at midcrustal levels from the Permian to the exhumation of the rocks during the Mesozoic riftings by focusing on a Permian gabbro in the Austroalpine nappes (N–Italy, SE–Switzerland). The evolution of the Sondalo gabbro, emplaced in the Campo unit, is examined by combining structural geology, magmatic and metamorphic petrology, and geochronology. The results of this study bring constrains on (1) the thermal and mechanical relationship between the pluton and the host rock during its emplacement in the middle crust, (2) the mechanisms of mafic magmas ascent through the continental crust and (3) the exhumation and cooling history of the Campo unit and the overlying Grosina unit during the formation of the Adriatic rifted margin

Les dômes métamorphiques extensifs associés à des zones de détachement ont été identifiés dans le Basin & Range (U.S.A.) à la fin des années 70. Ces structures résultent de l'extension d'un domaine crustal épaissi et thermiquement relaxé, autrement dit d'une extension post-orogénique. Les détachements présents en surface sont considérés comme des failles normales ou des zones de cisaillement à faible pendage séparant le dôme métamorphique d'une unité de croûte supérieure cassante. En profondeur, ces dômes se caractérisent par une géométrie planaire du Moho. Pour comprendre les relations entre l'exhumation du dôme, la formation d'un détachement et la géométrie planaire du Moho, des modèles numériques et analogiques ont été réalisés en se basant sur l'idée simple d'une extension post-orogénique, comme condition générale favorable à la formation des dômes métamorphiques. Le développement des dômes se caractérise par deux étapes majeures : une instabilité en striction de la croûte supérieure fragile et l'amplification du dôme, accommodée par l'écoulement de la croûte ductile en profondeur. Le processus d'exhumation et d'écoulement en profondeur s'étend sur de larges distances (de l'ordre de la centaine de km), impliquant une extension régionale. L'analyse de la déformation des dômes montre que les détachements ne sont pas créés en tant que tels dès le début de l'extension, mais qu'ils résultent d'un processus de localisation de la déformation, lors de l'amplification du dôme. Il est donc proposé que les détachements ne soient donc pas la cause mais plutôt la conséquence de l'exhumation des dômes métamorphiques. La détermination de l'épaisseur crustale à partir des données gravimétriques du domaine égéen a permis d'analyser les effets du comportement de la croûte ductile sur un exemple concret. Trois provinces se distinguent en termes d'épaisseur crustale : le Nord Egée, la Mer de Crête et les Cyclades avec une moyenne de 25 km à l'échelle régionale. Depuis l'Oligo-Miocène, l'extension du domaine égéen résulte d'un effondrement gravitaire post-orogénique, dû au retrait vers le sud de la zone de subduction sud-hellénique. Cette extension est responsable d'un amincissement proche de 100% de la croûte continentale, par écoulement de la croûte ductile à grande échelle, et de la formation des dômes métamorphiques observés en particulier dans les Cyclades. L'extrusion récente de l'Anatolie, depuis 5 Ma, a modifié le style de déformation dans le Nord Egée, tandis qu'en Mer de Crête, l'extension semble toujours principalement contrôlée par la migration de la zone de subduction. Entre ces deux zones d'extension récente, le domaine des Cyclades se comporte comme un bloc rigide.

Parmi les processus d'érosion, l'incision des rivières est classiquement décrit comme un processus clé contrôlant l'érosion des paysages. L'efficacité de l'incision est principalement influencée par le climat et par l'érodabilité. Ce dernier paramètre ne dépend pas seulement de la nature du substratum rocheux, mais aussi de sa déformation passée qui affecte ses propriétés rhéologiques équivalentes. Les principaux objectifs de cette thèse sont: (1) de mieux contraindre les relations entre propriétés équivalentes et érodabilité, et (2) de quantifier l'influence de l'érosion et de l'érodabilité sur la formation ou la décadence, spatiale et temporelle, de la topographie. Plusieurs outils numériques sont développés. Un formalisme 1D d'évolution des paysages est proposé, prenant en compte simultanément l'incision des rivières avec une distribution stochastique des débits en eau et l'érosion des versants par glissements de terrain. Un nouvel algorithme de remaillage appelé Surface Lagrangian Remeshing (SLR) est développé. Il permet de prendre en compte l'érosion à long terme dans les codes numériques 2D Lagrangiens basés sur des éléments finis triangulaires. Ensuite, la possibilité de mesurer in-situ l'érodabilité avec un marteau de Schmidt (R) est évaluée pour: l'orogène actif de Taiwan, les grès diagénétiques d'Annot et la zone de faille de St Clément. Les résultats suggèrent un fort contrôle de R par les propriétés équivalentes des roches testées. Un modèle linéaire, basé sur la théorie des milieux équivalents, est appliqué à une zone de faille avec une résolution inégalée (750 mesures, 25 mesures par mètre carré). Le modèle permet de corréler avec succès la densité de fracture et R. Ces résultats démontrent empiriquement que l'élasticité équivalente ainsi que l'érodabilité sont sensibles à la densité et à la nature des fractures. Enfin j'étudie les conditions d'érosion et de rhéologie qui permettent de reproduire l'évolution des chaînes de montagnes post-orogéniques. Un modèle couplant érosion en surface et soulèvement isostatique régional est compatible avec les observations. Les taux de décroissance topographique et de diminution du rapport de l'élévation de surface sur l'épaisseur de racine crustale sont contrôlés au premier ordre par la géométrie initiale de la chaîne de montagne et par l'efficacité de l'érosion. Ce nouveau modèle met en évidence le contrôle du climat et de l'érodabilité sur la décroissance topographique et de la rhéologie lithosphérique sur la persévérance des racines crustales.