Structure et évolution thermique de la croûte supérieure des chaînes de subduction : approches thermologique et modélisation numérique, dans les North Cascades (U.S.A) et de la zone de faille Motagua (Guatemala)

Cette thèse cible l'étude de la structure thermique de la croûte supérieure (<10km) dans les arcs magmatiques continentaux, et son influence sur l'enregistrement thermochronologique de leur exhumation et de leur évolution topographique. Nous portons notre regard sur deux chaînes de montagne appartenant aux Cordillères Américaines : Les Cascades Nord (USA) et la zone de faille Motagua (Guatemala). L'approche utilisée est axée sur la thermochronologie (U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon, couplée avec la modélisation numérique de la structure thermique de la croûte. Nous mettons en évidence la variabilité à la fois spatiale et temporelle du gradient géothermique, et attirons l'attention du lecteur sur l'importance de prendre en compte la multitude des processus géologiques perturbant la structure thermique dans les chaînes de type cordillère, c'est à dire formées lors de la subduction océanique sous un continent.Une nouvelle approche est ainsi développée pour étudier et contraindre la perturbation thermique autour des chambres magmatiques. Deux profiles âge-elevation (U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon, ont été collectées 7 km au sud du batholithe de Chilliwack, Cascades Nord. Les résultats montrent une variabilité spatiale et temporelle du gradient géothermique lors de l'emplacement magmatique qui peut être contrainte et séparé de l'exhumation. Durant l'emplacement de l'intrusion, la perturbation thermique y atteint un état d'équilibre (-80-100 °C/km) qui est fonction du flux de magma et de ia distance à la source du magma, puis rejoint 40 °C/km à la fin du processus d'emplacement magmatique.Quelques nouvelles données (U-Th)/He, replacées dans une compilation des données existantes dans les Cascades Nord, indiquent une vitesse d'exhumation constante (-100 m/Ma) dans le temps et l'espace entre 35 Ma et 2 Ma, associée à un soulèvement uniforme de la chaîne contrôlé par l'emplacement de magma dans la croûte durant toute l'activité de l'arc. Par contre, après ~2 Ma, le versant humide de la chaîne est affecté par une accélération des taux d'exhumation, jusqu'à 3 km de croûte y sont érodés. Les glaciations ont un triple effet sur l'érosion de cette chaîne: (1) augmentation des vitesses d'érosion, d'exhumation et de soulèvement la où les précipitations sont suffisantes, (2) limitation de l'altitude contrôlé par la position de Γ Ε LA, (3) élargissement du versant humide et contraction du versant aride de la chaîne.Les modifications des réseaux de drainage sont des processus de surface souvent sous-estimés au profil d'événements climatiques ou tectoniques. Nous proposons une nouvelle approche couplant une analyse géomorphologique, des données thermochronologiques de basse température ((U-Th-Sm)/He sur apatite et zircon), et l'utilisation de modélisation numérique thermo-cinématique pour les mettre en évidence et les dater; nous testons cette approche sur la gorge de la Skagit river dans les North Cascades.De nouvelles données (U-Th)/He sur zircons, complétant les données existantes, montrent que le déplacement horizontal le long de la faille transformante continentale Motagua, la limite des plaques Caraïbe/Amérique du Nord, a juxtaposé un bloc froid, le bloc Maya (s.s.), contre un bloque chaud, le bloc Chortis (s.s.) originellement en position d'arc. En plus de donner des gammes d'âges thermochronologiques très différents des deux côtés de la faille, le déplacement horizontal rapide (~2 cm/a) a produit un fort échange thermique latéral, résultant en un réchauffement du côté froid et un refroidissement du côté chaud de la zone de faille de Motagua.Enfin des données (U-Th-Sm)/He sur apatite témoignent d'un refroidissement Oligocène enregistré uniquement dans la croûte supérieure de la bordure nord de la zone de faille Motagua. Nous tenterons ultérieurement de reproduire ce découplage vertical de la structure thermique par la modélisation de la formation d'un bassin transtensif et de circulation de fluides le long de la faille de Motagua. - This thesis focuses on the influence of the dynamic thermal structure of the upper crust (<10km) on the thermochronologic record of the exhumational and topographic history of magmatic continental arcs. Two mountain belts from the American Cordillera are studied: the North Cascades (USA) and the Motagua fault zone (Guatemala). I use a combined approach coupling apatite and zircon (U-Th-Sm}/He thermochronology and thermo- kinematic numerical modelling. This study highlights the temporal and spatial variability of the geothermal gradient and the importance to take into account the different geological processes that perturb the thermal structure of Cordilleran-type mountain belts (i.e. mountain belts related to oceanic subduction underneath a continent}.We integrate apatite and zircon (U-Th)/He data with numerical thermo-kinematic models to study the relative effects of magmatic and surface processes on the thermal evolution of the crust and cooling patterns in the Cenozoic North Cascades arc (Washington State, USA). Two age-elevation profiles that are located 7 km south of the well-studied Chiliiwack intrusions shows that spatial and temporal variability in geothermal gradients linked to magma emplacement can be contrained and separated from exhumation processes. During Chiliiwack batholith emplacement at -35-20 Ma, the geothermal gradient of the country rocks increased to a very high steady-state value (80-100°C/km), which is likely a function of magma flux and the distance from the magma source area. Including temporally varying geothermal gradients in the analysis allows quantifying the thermal perturbation around magmatic intrusions and retrieving a relatively simple denudation history from the data.The synthesis of new and previously published (U-Th)/He data reveals that denudation of the Northern Cascades is spatially and temporally constant at -100 m/Ma between ~32 and ~2 Ma, which likely reflects uplift due to magmatic crustal thickening since the initiation of the Cenozoic stage of the continental magmatic arc. In contrast, the humid flank of the North Cascades is affected by a ten-fold acceleration in exhumation rate at ~2 Ma, which we interpret as forced by the initiation of glaciations; around 3 km of crust have been eroded since that time. Glaciations have three distinct effects on the dynamics of this mountain range: (1) they increase erosion, exhumation and uplift rates where precipitation rates are sufficient to drive efficient glacial erosion; (2) they efficiently limit the elevation of the range; (3) they lead to widening of the humid flank and contraction of the arid flank of the belt.Drainage reorganizations constitute an important agent of landscape evolution that is often underestimated to the benefit of tectonic or climatic events. We propose a new method that integrates geomorphology, low-temperature thermochronometry (apatite and zircon {U-Th-Sm)/He), and 3D numerical thermal-kinematic modelling to detect and date drainage instability producing recent gorge incision, and apply this approach to the Skagit River Gorge, North Cascades.Two zircon (U-Th)/He age-elevation profiles sampled on both sides of the Motagua Fault Zone (MFZ), the boundary between the North American and the Caribbean plates, combined with published thermochronological data show that strike-slip displacement has juxtaposed the cold Maya block (s.s.) against the hot, arc derived, Chortis block (s.s ), producing different age patterns on both sides of the fault and short-wavelength lateral thermal exchange, resulting in recent heating of the cool side and cooling of the hot side of the MFZ.Finally, an apatite (U-Th-Sm)/He age-elevation profile records rapid cooling at -35 Ma localized only in the upper crust along the northern side of the Motagua fault zone. We will try to reproduce these data by modeling the thermal perturbation resulting from the formation of a transtensional basin and of fluid flow activity along a crustal- scale strike-slip fault.

Ornementation et discours architectural de la "villa" gallo-romaine d'Orbe-Boscéaz : l'apport des peintures

La présente thèse s'inscrit dans la continuité de la publication des fouilles menées de 1986 à 2002 sur le site de la villa gallo-romaine d'Orbe-Boscéaz/VD par l'Institut d'archéologie et des sciences de l'antiquité de l'Université de Lausanne (URBA I, à paraître dans les Cahiers d'archéologie romande). Elle constitue l'analyse approfondie du corpus des peintures murales fragmentaires -succinctement présentées dans URBA I - appartenant à la pars urbana qui succéda, entre 161 et 180 apr. J.-C, à un édifice plus petit du Ier s. de notre ère -dont les peintures sont publiées dans l'ouvrage sus-mentionné. N'ayant subi que de très rares modifications, cette pars urbana de caractère palatial forme un "ensemble clos" autorisant une analyse globale de la conception architecturale et décorative voulue par le bâtisseur ou son commanditaire. Le corpus pictural, composé d'un matériel assez ingrat remplissant quelque 600 cagettes de stockage, offre de ce fait l'intérêt d'une grande homogénéité chronologique et reflète la cohérence et l'unité de la décoration peinte d'origine. Le travail de discrimination et de remontage des ensembles a permet d'individualiser au moins 220 décors et revêtements muraux; l'ensemble des hypothèses de restitution des peintures donne ainsi une image minimale de l'environnement pictural de la pars urbana. Ce corpus pictural n'est toutefois que l'une des composantes du programme décoratif, aussi l'analyse de ses caractéristiques est-elle confrontée à celle des autres composantes ornementales (architecture, placages de marbres et surtout le remarquable ensemble des mosaïques qui fait la célébrité du site). La conjugaison des divers éléments et leur répartition au sein d'un plan bien connu et très symétrique orientent sur les choix décoratifs majeurs, et permettent sinon de reconstituer, tout au moins d'approcher la conception du programme architectural et décoratif voulu par le commanditaire ou son architecte; ce programme, comme fréquemment, reflète le statut du commanditaire, le met évidemment en scène et tient un discours sur la villa, adressé tant aux habitants qu'aux visiteurs. On trouvera dans le travail six chapitres formant l'essentiel de l'exploitation du corpus pictural urbigène. Le premier chapitre est introductif, et présente dans ses grandes lignes la pars urbana de Boscéaz comme cadre de référence. Il est suivi par un état des lieux des peintures murales retrouvées sur le site, abordant leur répartition, leur état de conservation et la méthodologie adoptée pour leur traitement comme leur étude (chapitre 2). Le chapitre 3 constitue l'étude technique des enduits peints. Il réunit toutes les observations que l'on peut faire sur les techniques de réalisation des peinture murales, de la préparation et la pose des mortiers de support aux tours de main des peintres pour le rendu d'un motif. Ce chapitre s'inscrit dans la perspective, appliquée à Boscéaz, d'études marquantes comme celles sur les techniques de préparation des parois (Allag /Barbet 1972, Barbet 1995) sur l'identification des pigments (PACT 17, 1985, Béarat 1997, Colloque de Fribourg 1997) et sur l'analyse des mortiers (Coutelas 2003). Suit le catalogue des peintures, basé sur une sélection de 3414 plaques remontées et fragments (chapitre 4) : il propose une description rigoureuse et systématique des motifs, ainsi que leur analyse stylistique qui apporte les éléments comparatifs permettant la compréhension du matériel, et justifiant son interprétation, voire sa restitution. Les décors y sont présentés par local de découverte; un paragraphe introductif réunit les données de fouille et des informations sur le local ou le prélèvement des enduits, et donne le nombre et la détermination des décors retrouvés. Chacun d'eux fait l'objet d'une notice regroupant: une détermination par le mortier de support (le tectorium); les observations techniques diverses; la description, la restitution le cas échéant, et l'analyse stylistique. Cette dernière privilégie les comparaisons locales, en Suisse d'abord puis dans les pays limitrophes de façon à mettre en évidence les liens plausibles entre certains sites et les éventuels indices d'une production régionale. La documentation graphique qui accompagne chaque décor dans le volume d'illustrations est constituée avant tout des planches photographiques des fragments à l'échelle 1:3, accompagnés le cas échéant de dessins au trait justifiant la lecture des motifs. Ceux-ci permettent la reconstitution idéale