Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : When the upper crust below the mountain ranges shows crustal extension with a direction collinear to the convergence direction, it is generally accepted that it is the result of gravitational collapse. However, recent studies challenge this paradigm by showing that erosion induces uplift and extension in the central part of the low convergent mountain ranges. In this study, we investigate the impact of denudation on the seismotectonic regime of mountain ranges.In order to identify a relationship between seismotectonic regime and erosion, the first part of this work presents a compilation of data in the mountain ranges. Based on these observations, a simple kinematic model is proposed to predict the seismotectonic regime of the study ranges.For low convergence rate and moderate mean elevation ranges, this model predicts an extension regime when the denudation rate is 15% higher than the convergence rate.The second part is devoted to the development of thermomechanical 2D finite element models to study the impact of surface processes on the deformation of the Pyrenees. The results show that the isostatic response to erosion reactivates pre-existing structures. The kinematics of an inherited fault plane can be predicted due to the gradient of the horizontal surface velocity profile. Thus, a plane located in the eroded zone is reactivated in normal fault when near the border of the erosion area, this same plane is reactivated in reverse fault. These results suggest that the current deformation in the North Pyrenean Zone could be the result of surface processes.Given the small number of studies quantifying erosion rates in the Pyrenees, the models developed in the second part suffer from high uncertainty. To remedy this, we study the central Pyrenees through a study that combines two types of data : watershed denudation rates from cosmogenic isotopes concentration, and incision rates from sediments buried in the karst. These results are presented in chapter 3. Denudation profiles obtained are consistent with reactivation of a normal fault plane located in the North Zone of the Central Pyrenees.From our study in the Pyrenees, a good correlation appears between the value of the rate of erosion and the glacier occupation. Given that the glaciers where more developed in the Alps, it raises the question of the impact of the late-würmian deglaciation on the present deformation of this range. A numerical model detailing this relationship is presented in the fourth chapter. Theresults show that deglaciation of the western Alps is controlled by the rheological heterogeneity of the crust. Some of our models predict uplift rates consistent with those highlighted by geodesy.
Lorsque l’extension de la croûte sous les parties hautes des chaînes de montagnes est colinéaire à la direction de convergence, il est traditionnellement admis que le moteur est l’effondrement gravitaire. Pourtant, des études récentes remettent en cause ce paradigme en montrant que l’érosion induit un soulèvement et de l’extension dans la partie centrale des chaînes de montagne à faible taux de convergence. L’objectif de notre étude est d’étudier l’impact de la dénudation de la topographie sur le régime sismo-tectonique des chaînes de montagnes.La première partie de ce travail présente une compilation de données dans les chaînes de montagnes afin de dégager des relations entre régime sismo-tectonique et érosion. Sur la base de ces observations, un modèle cinématique simple permettant de prévoir le régime de la chaîne est proposé. Ainsi, pour les chaînes à faible taux de convergence et d’élévation moyenne, ce modèleprédit de l’extension lorsque le taux de dénudation est 15% plus élevé que le taux de convergence.La deuxième partie est consacrée au développement d’un modèle thermo-mécanique 2D en éléments finis pour étudier l’impact des processus de surface sur la déformation des Pyrénées.Les résultats montrent que la réponse isostatique à l’érosion permet de réactiver des structurespré-existantes. La cinématique d’un plan de faille hérité peut être prédite grâce au gradient du profil des vitesses de surface horizontales. Ainsi, un plan situé dans la zone d’érosion est réactivé en faille normale alors qu’en bordure de cette zone une faille est réactivée en régime inverse. Ces résultats suggèrent que la déformation actuelle des Pyrénées pourrait être la conséquence d’unprocessus d’érosion.Compte tenu du faible nombre d’études quantifiant les taux d’érosion dans les Pyrénées, les modèles développés dans la deuxième partie souffrent d’une forte incertitude. Pour y remédier, nous avons cherché à les quantifier dans les Pyrénées Centrales grâce à une étude qui combine deux types de données : taux de dénudation des bassins versants à partir des isotopes cosmogéniques, et vitesses d’incision à partir des sédiments piégés dans les karsts. Ces résultats sontprésentés dans la troisième partie. Les profils de dénudation obtenus sont compatibles avec unrejeu en faille normale d’un plan situé dans la Zone Nord Pyrénéenne des Pyrénées Centrales.Notre étude dans les Pyrénées, montre une bonne corrélation entre la valeur du taux d’érosion et la cartographie de l’occupation glaciaire. Les glaciers ayant été plus développés dans les Alpes, cela pose la question de l’impact de la déglaciation tardi-Wurmienne sur la déformation actuelle de cette chaîne. Un modèle numérique détaillant cette relation est présenté dans le quatrième chapitre. Les résultats montrent que la déglaciation des Alpes occidentales est contrôléepar l’hétérogénéité rhéologique de la croute. Certains de nos modèles prédisent des vitesses de surrection compatibles avec celles mises en évidence par la géodésie.
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : International audience
Compilation of new and published apatite fission track data along atransect of the west-central Pyrenees shows that exhumation across thePartial Annealing Zone (~120–60°C) started during the mid Eocene inthe North-Pyrenean Zone and migrated southward to reach the southernedge of the Axial Zone during the early Miocene. An early Miocene stageof exhumation is also detected in the northern part of the Axial Zone,indicating a late pop-up thrust reactivation of the Axial Zone.
La compilación de datos nuevos y pre-existentes de huellas de fisión enapatito a lo largo de un perfil de los Pirineos centro-occidentales muestra quela exhumación a través de la Partial Annealing Zone (~120–60°C) comenzó enel Eoceno medio en la Zona Norpirenaica, y fue migrando hacia el sur hastaalcanzar el borde meridional de la Zona Axial en el Mioceno inferior. Al nortede la Zona Axial se registra así mismo una marcada exhumación durante el Miocenoinferior, indicando una reactivación cabalgante en pop-up de la Zona Axial.
Geogaceta

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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : In this work on a complete transect of the west‐central Pyrenees, we combine low temperature thermochronology (apatite fission tracks, AFT) with a detailed structural analysis to describe vertical movements related to the thrusting system evolution, and to determine the influence of the latter on the sedimentation/burial/exhumation cycle of thesynorogenic deposits of the southern foreland basin (Jaca and Ainsa basins). AFT analysis from a transect of the south‐Pyrenean basin show the southward decrease of the fission track reset level from the southern edge of the Axial Zone to the South‐Pyreneanfrontal thrust, implying the southwards decrease of the burial amount from more than 5kmin the north to less than 3km in the south assuming an average geothermal gradient of 25°C.km‐1. The structural setting of the Jaca basin attests that the burial of the synorogenicsediments was mainly due to the sedimentary accumulation. AFT data from the northernpart of the basin display a late Oligocene‐early (middle) Miocene cooling event. Newinterpretation of industrial seismic reflection profiles across the Jaca basin suggests that the Oturia thrust is rooted in the Bielsa basement thrust, responsible for the early (‐middle) Miocene out‐of‐sequence tectonic reactivation of the southern flank of the Axial Zone (Jolivet et al., 2007). These results reveal a lower Miocene (Burdigalian ‐?Langhian) out‐of sequence episode of tectonic activity of the interior of the south‐Pyrenean foreland basin. AFT data from the Axial Zone and the North‐Pyrenean Zone confirm the general southwardmigration of the thrusting system, and also bring evidence of the late Oligocene‐lowe rMiocene out‐of‐sequence tectonic reactivation of the northern flank of the Axial Zone. All these results attest of a late Oligocene‐lower Miocene (Burdigalian‐?Langhian) "pop‐up" reactivation of the inner part of the west‐central Pyrenees, younger than the sealing of thesouth‐Pyrenean front (Aquitanian‐?Burdigalian) which is classically considered to mark the end of the Pyrenean compression. These results lead us to propose a new crustal scale evolution model of the west‐central Pyrenees in 3 stages: (i) From the Late Cretaceous to themiddle Eocene, the orogenic prism is characterised by the absence of relief, related to theinversion of Cretaceous extensional structures leading to the accretion of thin crustal units; (ii) The late Eocene‐Oligocene stage corresponds to the continental collision, marked by the creation of important relief associated with the accretion of thick crustal units; (iii) During the early Miocene, the inner part of the Pyrenean wedge is tectonically reactivated.
Ce travail de thèse concerne une transversale complète des Pyrénées centro-occidentales, où on a combiné la thermochronologie basse température (traces de fission sur apatites, TFA) avec une analyse structurale détaillée pour décrire les mouvements verticaux associés à l'évolution du système chevauchant, et pour déterminer l'influence de ce dernier sur le cycle sédimentation/enfouissement/exhumation des dépôts synorogéniques du bassin d'avant‐chaine sud (bassins de Jaca et Ainsa). L'analyse TFA complète les données déjà publiées dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne, e tconstitue la première étude de ce genre dans un bassin d'avant‐chaîne pyrénéen. Les données TFA sur la transversale du bassin sud‐pyrénéen montrent une diminution vers le sud du degré d'effacement des traces de fission, traduisant la diminution vers le sud de la quantité d'enfouissement, supérieure à 5 km au nord et inférieure à 3 km au sud dans l'hypothèse un géotherme de 25°.km‐1. Le contexte géologique montre que l'enfouissement est principalement lié à l'accumulation des dépôts synorogéniques. Les données TFA de lapartie nord du bassin montrent un refroidissement d'âge Oligocène supérieur‐Miocèneinferieur (moyen). Par ailleurs, une nouvelle interprétation de profils de sismiques réflexiondans le bassin de Jaca montre que le chevauchement d'Oturia s'enracine dans lechevauchement de socle de Bielsa, responsable de l'exhumation tectonique hors‐séquencedu bord sud de la Zone Axiale au Miocène inférieur (‐moyen) (Jolivet et al., 2007). Cesrésultats attestent donc de l'exhumation tectonique hors‐séquence au Miocène inférieur (Burdigalien‐ ?Langhien) de la partie nord du bassin d'avant‐chaine sud‐pyrénéen. Des données TFA obtenues dans la Zone Axiale et la Zone Nord‐Pyrénéenne confirment lamigration générale vers le sud du système chevauchant, et mettent également en évidencela réactivation tectonique hors‐séquence du bord nord de la Zone Axiale à l'Oligocèneterminal‐Miocène inférieur. L'ensemble de ces résultats atteste donc de la réactivation en " pop‐up " de la parties interne des Pyrénées centre‐ouest à l'Oligocène supérieur‐Miocèneinférieur (Burdigalien‐ ?Langhien), postérieurement au scellement du front sud‐pyrénéen (Aquitanien‐ ?Burdigalien) classiquement considéré comme marquant la fin de lacompression pyrénéenne. Ces données nous ont permis de proposer un nouveau modèle d'évolution crustale des Pyrénées centro‐occidentales en 3 grandes étapes : (i) du Crétacé supérieur à l'Eocène moyen, le prisme est caractérisé par une absence de relief, en lien avec l'inversion de structures extensives crétacées conduisant à l'accrétion de petites écailles crustales ; (ii) la période Eocène supérieur‐Oligocène correspond à la collision continentale proprement dite, et est marquée par la création d'importants reliefs associés à l'accrétion d'épaisses unités crustales ; (iii) au Miocène inférieur, la partie interne du prisme pyrénéen est réactivée.
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