Identifier au moyen de la thermochronologie basse température le moment à partir duquel l’accrétion continentale s’amorce et se propage est une tâche difficile. Dans cette étude, nous couplons modélisation thermomécanique de systèmes hyper-amincis inversés et thermochronologie basse température pour prédire la signature thermochronologique de quatre systèmes basse température communément utilisés en domaine orogénique ((U-Th)/He sur apatite, traces de fission sur apatite, (U-Th)/He sur zircon et traces de fission sur zircon). Notre approche de modélisation permet de prédire les signatures thermochronologiques basse température propres à chaque domaine de marge du système extensif (domaine proximal, zone de neck, domaine hyper-aminci et domaine de manteau exhumé). Ces signatures permettent en retour d’identifier les domaines de marge impliqués dans l’accrétion continentale qui suit l’extension. Nos résultats montrent que la combinaison des signatures thermochronologiques des systèmes (U-Th)/He sur zircon et traces de fission sur apatite renseigne sur les processus mis en jeu lors de la formation d’un orogène collisionnel à double vergence, ainsi que sur l’architecture des marges inversées durant l’orogénèse. Les deux systèmes thermochronométriques possèdent en effet des gammes de température de fermeture voisines et relativement larges, permettant d’étudier les processus orogéniques sur un intervalle de températures plus grand, et donc sur une période de temps plus longue. La comparaison des signatures thermochronologiques prédites dans un modèle thermomécanique d’inversion avec celles prédites dans un modèle de relaxation thermique, sans convergence postérieure à l’extension, permet d’apprécier la nécessaire contribution des processus tectoniques d’inversion par rapport au processus de relaxation thermique postrift. Nous appliquons notre approche à l’un des exemples naturels les mieux documentés de systèmes de rift inversé, les Pyrénées. Les similitudes qui existent entre nos prédictions thermochronométriques et les données de thermochronologie basse température publiées pour les Pyrénées fournissent de nouvelles informations sur la formation et l’évolution de l’orogène pyrénéen. En particulier, ces similitudes suggèrent que la zone interne de déformation pyrénéenne, la Zone Axial, est constituée des domaines de neck et hyper-aminci de la plaque inférieure, inversés durant l’accrétion, tandis que le prisme orogénique qui se développe sur la plaque européenne, la Zone Nord-pyrénéenne, représente la marge distale inversée de la plaque supérieure. Ce résultat est en accord avec les précédentes reconstructions publiées de la dynamique pyrénéenne, démontrant ainsi le potentiel de notre approche dans l’identification des processus impliqués dans l’orogenèse, notamment l’inversion précoce, ainsi que dans la prédiction du type de domaine de marge accrété lors de la formation des chaînes de montagnes.