Tectonics, Erosion, and the Evolution of Relief

Marius Huber – Dynamique des grands glissements de versant : modélisation et étude de cas en Himalaya
Direction : Jérôme Lavé & Luc Scholtes (UCM)

Résumé : Les chaînes de montagne sont le lieu d’une activité érosive intense et à ce titre sont affectées par de nombreux mouvements et glissements de terrain. Ces mouvements de terrain présentent des tailles et des vitesses d’évolution extrêmement variables, pouvant donner lieu à des glissements catastrophiques comme à des effondrements lents et progressifs. Ces derniers concernent en général l’ensemble du versant d’une montagne et sont souvent précédés d’un début de fracturation à grande échelle du versant et de l’apparition de déformations de surface (DSGSD). La compréhension de ces phénomènes relève aussi bien de la recherche fondamentale pour définir les modalités de l’érosion à long terme des orogènes, que d’enjeux sociétaux en lien avec l’étude de l‘aléa gravitaire des régions montagneuses.

L’objectif de la thèse est de mieux comprendre la dynamique des grands glissements de versant depuis les premiers stades de fracturation, jusqu’aux méga-glissements catastrophiques, en passant par la phase de mouvements lents et évolutifs. Il s’agit entre autre de comprendre l’influence des différents facteurs (anisotropie de structure, géométrie de la vallée, altération profonde, etc) sur cette dynamique. La thèse se propose d’aborder cette compréhension par deux leviers : un volet de modélisation numérique, complété par un volet d’étude de glissements en Himalaya. Le volet de modélisation numérique s’appuie sur un code aux éléments discrets (code open source YADE DEM) dont l’intérêt principal est sa capacité à décrire explicitement les mécanismes de rupture progressive (initiation, coalescence et propagation des fractures) à l’origine des grands glissements. La démarche vise à étudier de manière systématique et paramétrique les conditions requises pour créer, propager et déstabiliser de grands glissements de versant. Le volet dédié à l’étude d’objets naturels s’intéresse à l’étude de glissements bien identifiés dans l’Himalaya central, qu’ils en soient au stade précoce sous forme de grands glissements de versant lents et évolutifs de type DSGSD, ou qu’ils aient déjà donné lieu à des grands glissements catastrophiques. Dans le détail, il s’agit de caractériser l‘activité des versants à partir de topographies numériques haute résolution, d’étude de terrain pour décrire les objets et leur contexte structural, et de datation des miroirs de fractures par isotopes cosmogéniques (CRN). En complément, la description et la datation de quelques très grands dépôts de glissements (stade ultime de la déstabilisation du versant) par ¹⁴C, CRN ou OSL seront effectuées afin d’estimer leur fréquence moyenne d’occurrence ainsi que les volumes mobilisés.

Julien Léger – 
Direction : 

Etienne Large – Taux de dénudation passés en Afrique tropicale
Direction : Julien Charreau & Pierre-Hanri Blard

Résumé : La dénudation est un paramètre clé contrôlant l’évolution de la surface de la Terre , la production des sols  ou encore l’évolution des orogènes.  Sur des échelles de temps géologiques, elle influence également l’évolution de la teneur en CO₂ de l’atmosphère. Déterminer “comment, quand et où” les taux de dénudation réagissent aux changements climatiques est donc essentiel. Parmi les changements climatiques majeurs qui se sont produits dans le passé, le refroidissement global qui s’est produit au cours de la fin du Néogène, et qui se caractérise par le début des glaciations et des oscillations quaternaires, a été l’un des refroidissements les plus rapides et les plus importants. Or, les volumes de sédiments dans le bassin marins et continentaux semblent montrer une augmentation apparente par 3 au cours des 3 à 4 derniers Ma, suggérant des changements drastiques dans les taux de dénudation. L’hypothèse de recherche est que cette accélération de la dénudation est liée au début des cycles climatiques quaternaires à haute fréquence et non à l’érosion des glaciers eux-mêmes.

L’objectif de la thèse est donc de tester cette hypothèse de recherche en fournissant un enregistrement fiable, détaillé et direct de la dénudation de la fin du Néogène à l’actuel dans une région qui n’a été ni recouverte de glace ni significativement active tectoniquement au Quaternaire : l’Afrique tropicale.

Pour atteindre ces objectifs, Etienne Large reconstruit les taux de dénudation récents (10²-10⁵a) et plus long termes (0-800ka et 0-10Ma) à partir des analyses des concentrations de nucléides cosmogéniques de sédiments actuels et passés associés des rivières associées aux bassins de l’Ogooué (Gabon), du Congo et au SO de Madagascar.

21 janvier 2020 – Apolline Mariotti
Impact du dernier cycle glaciaire interglaciaire sur la dénudation dans les Alpes Maritimes Françaises.
Direction : Pierre-Henri Blard & Julien Charreau (CRPG)
Contact actuel : apolline.mariotti@univ-lorraine.fr (contractuelle CRPG)

ANR PANTERA – Taux de dénudation passés en Afrique tropicale

P.I: J.Charreau

Résumé: La dénudation est un paramètre clé contrôlant l’évolution de la surface de la Terre. Déterminer “comment, quand et où” les taux de dénudation réagissent aux changements climatiques est donc essentiel. Parmi les changements climatiques majeurs qui se sont produits dans le passé, le refroidissement global qui s’est produit au cours de la fin du Néogène, et qui se caractérise par le début des glaciations et des oscillations quaternaires, a été l’un des refroidissements les plus rapides et les plus importants. Or, les volumes de sédiments dans le bassin marins et continentaux semblent montrer une augmentation apparente par 3 au cours des 3 à 4 derniers Ma, suggérant des changements drastiques dans les taux de dénudation. Ces accélérations de volumes ont été observées dans divers contextes tectoniques, climatiques et dans les régions glaciaires et non glaciaires. L’hypothèse de recherche est donc que cette accélération de la dénudation est liée au début des cycles climatiques Quaternaires à haute fréquence et non à l’érosion des glaciers eux-mêmes. Cependant, la réalité de cette accélération des taux de dénudation est encore très controversée et ceci principalement parce que, dans les enregistrements reconstruits, le signal lié uniquement aux oscillations climatiques est oblitéré par ceux liés à la tectonique et / ou à la dynamique des glaciers. Afin de révéler ce signal propre aux oscillations et ainsi tester l’hypothèse de recherche, il est nécessaire de quantifier les taux de dénudation passés dans des régions qui n’ont jamais été ni englacées ni tectoniquement actives au cours du Quaternaire.
L’objectif de PANTERA est donc de tester cette hypothèse de recherche en fournissant un enregistrement fiable, détaillé et direct de la dénudation de la fin du Néogène à l’actuel dans une région qui n’a été ni recouverte de glace ni significativement active tectoniquement au Quaternaire : l’Afrique tropicale. Pour atteindre ces objectifs, le projet reconstruira les taux de dénudation récents à partir des analyses des concentrations de nucléides cosmogéniques de sédiments présents et passés associés à trois bassins principaux avec, du nord au sud, l’Ogooué, le SE du basin du Congo et SO de Madagascar. Le projet aura pour objectif de reconstruire les taux de dénudation sur des échelles de temps courtes (0-900ka) afin d’étudier plus spécifiquement l’influence de la cyclicité Quaternaire. Il aura aussi objectif de reconstituer les taux de dénudation sur des échelles de temps plus longues (0-10Ma) afin d’identifier l’impact de l’installation des glaciations.Nous analyserons les sédiments échantillonnés dans des carottes marines forées par SHOM (Ogooué: 0-200ka) et l’ifremer (Madagascar: 0-900ka). Nous analyserons également plusieurs archives continentales notamment des affleurements naturels du Néogène, des terrasses fluviales du Pléistocène mais aussi des carottes forées dans des sédiments Néogènes au centre du bassin du Congo. Par ailleurs, les taux de dénudation récents seront déterminés par des analyses du sable de rivière modernes. Le projet comprend également une analyse quantifiée des processus de transport via de la modélisation d’évolution des paysages et en couplant plusieurs nucléides cosmogéniques (14C, 10Be, 21Ne, 26Al). Le projet reconstruira aussi les sources des sédiments et l’histoire du soulèvement. Il s’appuiera pour cela sur une double datation U-Pb / U-Th / He sur les grains de zircon détritiques et sur des mesures géochimiques. Le projet permettra de mieux comprendre l’impact des glaciations quaternaires sur les taux de dénudation mais devrait également intéresser un plus large public travaillant sur les flux dans les grands bassins, les processus sédimentaires, la tectonique, les changements paléoenvironnementaux en Afrique et l’impact anthropique.

ANR WIVA – The width of valleys

P.I: S. Carretier (GET), P.I. au CRPG: J. Lavé 

Résumé: Rivers flow in valleys of varying width, which they have not only deepened but also widened over time. The widening of river valleys (without a glacial legacy) occurs when the river comes into contact with the edges of the valley. This occurs during extreme floods but also through slow lateral migration of the channels. The evolution of the width of the valleys plays a major role in the transfer rates of sediments to the basins, in the capture of CO2 over geological time or in the evolution of ecosystems. However, due to the different time scales involved (day->ka) and the lack of methods to quantify average lateral erosion over millennia, the processes of valley widening and the corresponding lateral erosion law are very poorly understood. The objective of the WIVA project is to establish an average valley widening rate law and to implement this law in landform dynamics models. This law will be constrained by quantifying for the first time the long-term lateral erosion of valley sides (>ka) by their 10Be content at slowly eroding sites (Andes-France), by experimenting with relief dynamics in a scale model, by monitoring current lateral erosion by innovative methods (Lidar and erosion sensors) at rapidly eroding sites (Siwaliks-N. Zeeland), by 1:1 scale experiments of lateral erosion by coarse sediment impact and by modelling the fluvial dynamics to link these scales of observation. In our consortium we have brought together developers of these approaches and specialists of the studied field sites. By implementing these laws in dynamic landform models we will unlock outstanding and old questions (formation of river terraces, buffering of sediment fluxes towards the basins, role of extreme events in the erosion hazard and on the long-term levelling of the topography) of interest to a broad community on the topographic and sedimentological record of pre-anthropic palaeoenvironmental variation and erosion hazard.

Future talks:

Past talks: