Dans les Alpes, les différentes unités géologiques et structures tectoniques en surface sont bien caractérisées par les études de terrain et en profondeur par les méthodes d’imagerie géophysique. En revanche, les âges de fonctionnement de structures tectoniques majeures sont uniquement contraints par des critères de recoupements ou des datations indirectes. Les avancées majeures des méthodes de datation directes U-Pb et (U-Th)/He, notamment via le développement de l’analyse par ICP-MS laser, rendent possible la datation in-situ de nombreux minéraux comme la calcite ou l’hématite. Ces minéraux sont communs dans les milieux superficiels où s’exprime la déformation cassante et permettent de dater les mouvements sur les failles. L’objectif de cette thèse est d’apporter des contraintes chronologiques absolues sur le fonctionnement des structures majeures ayant formé le prisme orogénique alpin. Ces travaux se basent sur une approche multidisciplinaire à partir d’une étude de terrain, d’une étude pétrologique de détail des échantillons prélevés, l’analyse de leurs compositions isotopiques et enfin des datations. Dans la partie frontale, provençale, des Alpes, des âges U-Pb sur calcite obtenus sur des chevauchements à vergence Nord ont été obtenus à 97-90 Ma (Turonien-Cenomanien). Ces chevauchements sont associés à la phase compressive N-S de la déformation Pyrénéo-provençale plus précoce que l’âge de ~85 Ma avancé dans les modèles, ce qui suggère une initiation intra-plaque diffuse de cette phase de collision avant la localisation d’une zone de subduction. L’âge de fonctionnement des structures chevauchantes correspond également à celui de l’exhumation de la plateforme carbonatée de la Provence et à la formation des bauxites. Dans les massifs subalpins, la méthode de datation U-Pb sur calcite a permis de contraindre pour la première fois, la chronologie de mise en place du fold and thrust belt des chaînons subalpins. Plusieurs étapes de déformation ont été identifiées (15 Ma pour le chevauchement le plus à l’Est, 12 Ma pour les deux suivants vers l’Ouest et enfin 7-10 Ma pour le chevauchement le plus à l’Ouest). Les âges thermochronologiques des massifs cristallins externes (MCE) sont synchrones des chevauchements, ce qui suggère un enracinement de ceux-ci sous les MCE. Des signatures de Δ47 en accord avec des températures de +140°C témoignent d’un enfouissement important (4-6 km) pour la partie Est des massifs subalpins. Dans la partie centrale de ces massifs, des températures de 50°C sont obtenues en lien avec la circulation de fluides météoriques qui indiquent une profondeur d’enfouissement de 1-2 km. Dans les zones internes, la formation du faisceau de failles normales de la Haute-Durance a été contrainte par des datations U-Pb sur calcite et (U-Th)/He sur hématite. A l’Est de la zone briançonnaise, des âges de 12,7 Ma jusqu’à 8,5 Ma ont été obtenus. Ces âges minima pour l’extension sont cohérents avec le modèle d’exhumation des zones internes et externe basé sur les traces de fissions sur apatite. A l’Ouest, proche du Front Pennique, les âges (U-Th)/He sur hématite se répartissent sur une gamme entre 2 Ma et 0,1 Ma. Dans la même zone, des âges U-Pb sur calcite de 5,5 Ma et de 3,5-2,5 Ma indiquent que le régime sismotectonique actuel en extension enregistré dans la zone fonctionne depuis au moins 6 Ma. Les calcites présentent une signature en δ13C et δ18O proche de celle des calcites des massifs cristallins externes témoignant d’un système plus ouvert. Ces dernières se déroulent pour des températures de cristallisation de la calcite d’environ 130°C. Ces fluides chauds sont mobilisés par les failles lors de leur enracinement en profondeur sur le Front Pennique. Lors de la dernière phase d’exhumation (marquée par la cristallisation d’hématite), la zone est dominée par l’influence des fluides de surface. Des températures de cristallisation de ~35°C sont enregistrées en cohérence avec les fluides mesurés au niveau des sources hydrothermales de la région.