Tectonic evolution of the north-central Patagonia : a thermochronological approach

Evolution tectonique de la Patagonie Nord-Centrale par différentes approches de thermochronologie Le régime tectonique des zones de subduction et la déformation de la plaque chevauchante sont régis par la convergence des plaques lithosphériques, ayant un impact direct sur le couplage intraplaque et parfois sur la géométrie de la plaque plongeante. La Patagonie centrale-nord (40-48°S) constitue une région remarquable pour étudier l’impact des mécanismes profonds, tel que l’horizontalisation de la plaque plongeante, ayant conduit à la surrection de la Cordillère Patagonienne et de son avant-pays. Diverses études sur l’alternance des phases d’exhumation et de subsidence en surface ont été menées le long des Andes. Pourtant, de nombreuses interrogations demeurent sur la magnitude de ces mouvements verticaux à travers le temps et l’espace. Les systèmes de thermochronologie basse-température sont sensibles aux mouvements verticaux impliquant les premiers kilomètres de la croûte supérieure. Ils représentent donc une approche efficace pour localiser, dater et quantifier les périodes de subsidence et d’exhumation les plus significatives. Cette thèse a pour objectif d’examiner les histoires thermiques de la Patagonie centrale-nord, de son avant-pays et de sa Cordillère. Les reliefs andins à ces latitudes ont été largement étudiés par des analyses in-situ, tandis que peu de données de thermochronologie existent dans l’avant-pays. Ainsi, cette étude vise à apporter des connaissances plus approfondies à propos des relations entre la dynamique mantellique et les processus de dénudation à la surface.Trois thermochronomètres (l’U-Pb, les traces de fission et l’(U-Th-Sm)/He) ont été utilisés sur des apatites extraites d’échantillons provenant du substratum ainsi que de sédiments modernes, Cénozoïque et Mésozoïque, tous collectés dans la Cordillère Patagonienne et l’avant-pays, jusqu’à la côte Atlantique. La compilation de ces jeux de données, intégrant des modèles d’inversion thermique et des analyses de provenance, est discutée ici et comparée avec les différents processus géodynamiques proposés pour la Patagonie. Les nouveaux enregistrements de thermochronologie indiquent qu’un épisode d’exhumation majeure de 3 à 4 km a affecté l’intégralité de la Patagonie centrale-nord, Cordillère et avant-pays inclus, de la fin du Crétacé supérieur jusqu’au Paléogène, période correspondant à un épisode de subduction horizontale. Cette phase est suivie d’une période de subsidence de l’avant-pays entre l’Eocène tardif et le Miocène inférieur associé à la retraite du segment en subduction. Les analyses détritiques ont permis de mettre en évidence que, durant cette période, l’évolution de la Cordillère a été caractérisée par des taux d’exhumation post-déformation faibles et constants, et a été le principal contributeur sédimentaire de l’avant-pays proximal et distal. Une contribution locale des reliefs extra-andins a aussi été observée. Finalement, une phase d’exhumation considérable de la Cordillère est reconnue durant le Miocène, et particulièrement le long d’une zone de décrochement dextre active au sein de la Cordillère. Pourtant, cette phase d’exhumation, qui serait induite par un changement de taux de convergence et d’obliquité de la plaque de Nazca, n’est pas détectée régionalement dans l’avant-pays, ce qui signifie que la déformation y a été mineure. Comme aucun mouvement vertical notable n’a affecté l’avant-pays durant le Néogène, les rares âges Oligo-Miocène identifiés dans l’avant-pays ont été imputés à des processus magmatiques intraplaques.