Long-term orogenic evolution and spatio-temporal deformation dynamics at the front of the Western Alps : A multidisciplinary approach combining structural analysis, 3D crustal modeling, and in situ carbonate U-Pb geochronology

Ce travail de thèse propose une reconstitution de l'évolution tectonique long terme enregistrée au niveau des alpes externes, en s'appuyant sur une approche pluridisciplinaire combinant analyse structurale, modélisation géologique 3D et datation in situ U-Pb sur carbonates de failles. L'objectif principal a été de dater les phases d'activité tectonique (déformations cassantes) ayant affecté l'avant-pays alpin, afin de contraindre l'évolution des déformations dans cette zone depuis le Mésozoïque. L'étude porte sur les massifs subalpins, les unités sédimentaires méso-cénozoïques du bassin vocontien et de la plateforme du Vaucluse, ainsi que sur le socle paléozoïque formant les massifs cristallins externes (MCE).L'analyse structurale de terrain, couplée à des reconstructions paléocontraintes, a permis d'identifier une succession d'événements tectoniques extensifs, compressifs et décrochants, enregistrés par la formation de failles et de veines minéralisées au sein de la couverture sédimentaire et du socle cristallin de l'avant-pays. La mise en œuvre de la méthode de datation in situ U-Pb sur calcite, développée et calibrée au laboratoire ISTerre dans le cadre de ce travail, a permis de dater avec précision l'activité de ces structures. Ces nouvelles données géochronologiques révèlent que l'avant-pays alpin a enregistré plusieurs phases de déformation jusqu'ici peu documentées dans ces domaines externes. Parmi celles-ci, l'identification d'une phase compressive orientée N-S datée du Crétacé supérieur constitue un résultat majeur. Les âges absolus obtenus, croisés avec les données de terrain et de la littérature, mettent en évidence la diversité des dynamiques de propagation des déformations depuis le Mésozoïque à l'échelle du Sud de la France, renseignant ainsi sur les effets en (sub-)surface des grands événements tectoniques dans le domaine intraplaque du Sud de la France.En parallèle, un modèle géologique et structural 3D de l'avant-pays des Alpes occidentales, centré sur les domaines externes du Sud-Est de la France, a été élaboré à partir d'une compilation de données géologiques et géophysiques définissant la géométrie des interfaces profondes majeures (Moho, toit du socle cristallin). Ce modèle permet d'explorer les relations entre les structures tectoniques profondes et superficielles. Les résultats mettent en évidence l'enracinement lithosphérique de plusieurs zones de cisaillement varisques, réactivées lors des phases tectoniques méso-cénozoïques, et soulignent leur rôle déterminant dans la localisation des déformations post-paléozoïques. Le modèle montre également une contribution conjointe des orogenèses pyrénéo-provençale et alpine dans le raccourcissement crustal affectant la zone d'étude, ainsi qu'un amincissement marqué de la croûte au sud de l'arc alpin, hérité des phases extensives du Mésozoïque et du Cénozoïque.Ces résultats fournissent un cadre interprétatif régional robuste, complémentaire aux observations de terrain et aux données géochronologiques, et contribuent à une meilleure compréhension des interactions entre dynamique orogénique et structuration des domaines intraplaques adjacents. Le modèle proposé met en évidence le rôle des discontinuités crustales profondes dans la localisation des déformations superficielles, et souligne l'importance des couplages entre socle cristallin et couverture sédimentaire. Il offre ainsi une lecture renouvelée du schéma structural de l'avant-pays alpin et de son évolution depuis le Mésozoïque, permettant d'appréhender plus finement les mécanismes de transmission des contraintes à l'échelle lithosphérique au sein d'un système poly-déformé.