Le travail de cette thèse concerne l’évolution du relief de la région du Fitz Roy, en Patagonie, à la frontière du Chili et de l'Argentine (49°S). Cette région est caractérisée par un contexte géodynamique particulier. En effet, la dorsale du Chili séparant les plaques océaniques Nazca et Antarctique, passe en subduction sous la plaque Amérique du Sud depuis 14 Ma. La subduction de ces deux plaques génère un point triple au niveau de la fosse du Chili (46°30’S). D’autre part, une partie des Andes australes est recouverte de la 3ème plus grande calotte glaciaire mondiale. Cette calotte constitue le reste de glaciers bien plus vastes apparus au Miocène supérieur. Actuellement, la Patagonie est marquée par un contraste climatique de part et d’autre de la chaine, avec un climat semi-aride sur le versant oriental, alors que le cœur de la chaine et la bordure occidentale sont recouverts de glaciers, et soumis à de fortes précipitations. Cette configuration est unique au monde et de ce fait, l’évolution de la Patagonie au Cénozoïque constitue un laboratoire propice à l'étude des interactions entre la subduction, la tectonique régionale et les conditions climatiques.Pour répondre à cette problématique, des modèles analogiques simulant la subduction d’une dorsale océanique ont été réalisés en laboratoire. Ces modèles ont mis en évidence des effets directs sur la géométrie du plan de subduction et donc sur la position de l'arc magmatique. L’arrivée de la dorsale à la fosse, lorsque la plaque continentale se déplace rapidement vers cette dernière, induit un aplanissement du slab dans sa partie la plus superficielle. Cette horizontalisation de la plaque plongeante entraîne une augmentation de la distance entre la fosse et l’arc magmatique, précédant la subduction de la dorsale. La migration vers l’est de l’arc magmatique s’observe effectivement en Patagonie au Miocène inférieur, quelques millions d’années avant le passage de la dorsale. Ces modèles suggèrent aussi que l’arrivée de la dorsale à la fosse entraîne le raccourcissement de la plaque continentale tel qu’observé au Miocène inférieur-moyen en Patagonie. La fin de ce raccourcissement se produit lorsque la dorsale entre en subduction.[...] Les objets étudiés sont des roches détritiques datant du Crétacé ainsi que des roches granitiques issues du massif du Fitz Roy, qui s’est mis en place au Miocène inférieur vers 16,5 Ma. Les données traces de fissions sur apatite (AFT) des granites présentent un âge moyen de 14,8 Ma, ce qui suggère que le pluton s’est refroidi rapidement après sa mise en place. Le signal obtenu dans les grès est de 12,5 Ma. Cette phase de dénudation rapide est liée à l’arrivée de la dorsale à la fosse et précède son entrée en subduction qui se produit à la latitude 49°S vers 12 Ma. L’étude tectonique n’a en revanche pas permis de déterminer l’âge de la fin du raccourcissement dans la chaîne plissée en raison de l’absence de dépôts sédimentaires tertiaires dans cette région. Toutefois, l’arrêt du raccourcissement se situerait entre le Miocène inférieur et le Miocène moyen d’après les études réalisés au Nord et au Sud de notre zone d’étude.Les données thermochronologiques (U-Th/He) sur apatite indiquent un signal à 7-6 Ma, mettant en évidence l’effet des premières glaciations patagonnes sur la dénudation des reliefs. Cet évènement climatique a induit une accélération de la dénudation. Les données de cette étude confirment donc que l’érosion glaciaire est un facteur de la dénudation des reliefs au Miocène supérieur. Les glaciers en Patagonie à la latitude 49°S n’ont donc pas eu un rôle protecteur du relief, comme cela avait suggéré par Thomson et al. (2010). La localisation de notre zone d’étude a donc permis de discriminer l’effet de la subduction de la dorsale et de la tectonique compressive associée et celui des glaciations sur le soulèvement et la dénudation du relief andin, car ces deux processus ne sont pas contemporains à la latitude 49°S.