Transcript

Couplages Tectonique -Erosion

Berger, 2008

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique -Erosion

Couplages Tectonique –ErosionDistribution

Couplages Tectonique –ErosionDistribution

log E = 2.65log(p2 / P) + 0.46 log H tanα −1.56

Production de sédiment

Précipitation durant le

mois le plus humide

Précipitation annuelle moyenne

Hauteur moyenne du bassin versant

Pente moyenne

Couplages Tectonique –ErosionDistribution

Forçage tectonique

Interactions Asthénophère-Lithosphère

Processus externesFriction

Rhéologie

Géométrie des interfaces

Structurethermique

Composition

Croûte Sup.

Croûte Inf.

Manteau

Couplage tectonique - érosion

Couplages Tectonique -Erosion

Quelques concepts …

Les processus

Couplages et rétro-actions

Mesure

L’exemple himalayen

Quelques concepts

• Altitude: hauteur par rapport au niveau moyen des mer. Affecte directementl’érosion et l’altération via la température.

• Pente: gradient spatial de l’altitude. Elle contrôle la stabilité des flancs d’une montagne et la capacité de transport.

• Relief: Contraste entre le minimum et le maximum d’altitude dans une région. Il contrôle le taux d’érosion régional le flux de sédiment. En général altitude et relief sont bien corrélés, excepté les hauts plateaux comme le Tibet ou l’Altiplano.

•• Important:Important: une montagne est caractérisée par son relief pas par son altitude. Une zone de haute altitude et de faible relief est un plateau.

Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts

• Surrection/subsidence– Déplacement vertical de la croûte

• Accumulation/dénudation– Changement vertical de la position de la surface par rapport à un

point matériel de la croûte•• Important:Important: le changement d’altitude d’un point en surface est la somme

d’un changement lié à une surrection/subsidence et à uneaccumulation/denudation.

Surrection

DénudationΔAltitude =

Surrection + Dénudation

Altitude

Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts

Isostasie

Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts

Isostasie

Couplages Tectonique –Erosion

Exercice 1 :

Quelle quantité de matière est-il nécessaire d’éroder pour diminuer l’altitude d’un haut plateau de 1 km ?

ρcroûte

ρcroûte

ρmanteau

ρairhtopo

hracine

P1 P2

( )

topotopocroûtemanteau

croûteracine

racinemanteauracinetopocroûte

hhh

hhhPP

7

21

≈⎟⎟⎠

⎞⎜⎜⎝

⎛−

=⇔

=+⇔=

ρρρ

ρρ

Exhumation

Couplages Tectonique –ErosionQuelques concepts

En cartant les maxima locaux de la topographie (lignes de partage), un relief peut être divisé, à toutes les échelles (du mètre à 1000 km), en bassins drainant, chacun étant associé à un réseau de drainageprincipal le long duquel est chenalisé le ruissellement de surface.

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Principes de base

1. Equilibre ou quasi-équilibre entre la forme de la topographie et les mécanisme exogènes et endogènes responsables de cette forme.

2. Cet équilibre est créé et maintenu par l’interaction entre les énergies (cinétique et potentielle), les forces et la résistance des milieux.

3. Des seuils existent.4. Les processus sont couplés et de nombreuses rétroactions existent.5. Ces processus ont lieu à différentes échelles spatiales et temporelles.

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Qu’est-ce qui contrôle la stabilité d’une pente ? - la pente- la lithologie- des précipitations

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

∂h∂t

= C∂h∂x

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

∂h∂t

= D∂ 2h∂x2

Lois d’érosion

Couplages Tectonique –Erosion

Exercice 2 :

Dessiner l’évolution post-orogénique du profil topographique suivant, en considérant une érosion dépendant de la pente et une érosion de type diffusion.

Couplages Tectonique –Erosion

∂h∂t

= C∂h∂x

∂h∂t

= D∂ 2h∂x2

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

IsostasiaS(x,y,t)Q(x,y,t)K(x,y,t)U(x,y,t)

dtdh(x,y,t) nm ±⋅⋅−=

Taux de surrection

Erodabilité Débit des rivières

Pente

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

m=0.5

n=1.0

U=0.5 mm/y

dt=100 y

K=5E-7

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Rivas, 2006

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Rivas, 2006

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

Lois d’érosion

Rivas, 2006

Couplages Tectonique –ErosionProcessus

L’altération et l’érosion dépendent de

- la température- l’altitude- des précipitations- la couverture végétale- la lithologie- la pente- …

Couplages Tectonique –Erosion

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

L’érosion est couplée à l’altitude

- Il existe une corrélation, certes imparfaite, entre altitude et pente, ce qui favorise l’altération mécanique et le transport.- L’altitude favorise l’altération via le processus de gélifraction.- La pluviométrie augmente avec l’altitude (effet orographique).- La végétation diminue avec l’altitude, ce qui réduit la stabilisation des pentes via les racines des arbres.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

En l’absence de tectonique l’érosion tend à faire disparaitre les reliefs. On parle de rétro-action négative.

Peulvast & Sales, 2005

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 1

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2

Altitude et érosion sont couplées au climat

- La topographie perturbe la circulation atmosphérique- Climat froid: les glaciers sont des agents d’érosion et de transport de sédiments très efficaces.- Climat chaud: l’altération chimique est accélérée.- Climat humide: Erosion mécanique et chimique sont favorisés.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2

Rivas, 2006

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2

La surrection du plateau tibétain a engendré le régime de mousson.Le soleil d’été sur le plateau cause une zone de upwelling (air chaud et sec) qui en rencontrant les masses d’air océanique engendre des pluiesimportantes.Au Népal, plus de 90% des précipitations ont lieu entre juin et septembre.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 2

Le flux de sédiment a augmenté d’un facteur ~10 depuis 40 Ma.

Apporte des nutriments dans les océans

Relâche du CO2 dansl’atmosphère

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 3

L’érosion est couplée à la surrection

- A cause de l’isostasie, l’ajout de masse à la surface de la Terre engendre un approfondissement du Moho.- A l’inverse l’érosion, en allégeant la croûte, engendre une diminution de la profondeur du Moho.- La compensation isostatique a une longueur d’onde supérieure à ~100 km. C’est la masse moyenne de la croûte à cette échelle qui détermine la réponse isostatique à l’érosion.- Donc l’érosion dans les vallées est responsable de l’élévation d’altitude des sommets.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 3

On parle de rétro-action positive.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 3

On parle de rétro-action positive.

Couplages Tectonique –ErosionRétro-action 3

On parle de rétro-action positive.

Avouac & Burov, 1996

TectoniqueErosion

Formation des reliefsModification du climat

Modification de la topographie Nouvel équilibre isostatique

Dynamique orogénique

Couplages Tectonique –ErosionMesure

Les vitesses actuelles sont estimées à partir de mesures géodésiques :GPS, InSAR, nivellement, …

Pour estimer une vitesse à plus long terme il est nécessaire de mesurer des marqueurs et déterminer leur âge:- Thermoluminescence- datation 14C- Cosmonucléïdes 10Be, 26Al, 36Cl

Couplages Tectonique –ErosionMesure

Dynamique orogénique

Couplages Tectonique –ErosionMesure

Couplages Tectonique –ErosionMesure

Couplages Tectonique –ErosionMesure

Couplages Tectonique –ErosionExemple himalayen

Couplages Tectonique –ErosionExemple himalayen

Lavé et Avouac, 2000

Couplages Tectonique –ErosionExemple himalayen

Couplages Tectonique –ErosionExemple himalayen

L’Homme et l’érosion

L’Homme et l’érosion• Comprendre les processus de surface est essentiel car nous

vivons à la surface de la Terre et que nos vies peuvent être affectées (parfois de façon catastrophique) par ces processus.

- Les pentes contrôlent en grande partie l’accumulation des sols et donc si une terre est cultivable

- Les pentes contrôlent les glissements de terrain- Les montagnes affectent le climat

• L’action de l’homme est également un processus majeur de l’évolution géomorphologique

- Culture en terrasses depuis des milliers d’années- Barrages hydrauliques- Aménagement du territoire- Evolution du climat


Recommended