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 : Several major earthquakes have struck the 2500 km long Himalayan range during the past century. However, both the maximum size of such earthquakes and the probability of occurrence of a magnitude 9 megaquake are still a mater of debate. In this framework it is of key importance to investigate the lateral segmentation of the Himalayan arc in order to deepen our understanding of the mechanisms that control such events as well as their extents. Besides the remarkably uniform tectonic set-up and the fact that most studies on the Himalayas have focused on Central Nepal, several indications of along strike changes can be gathered.This thesis brings new constraints on lateral variations of crustal structure and of deformation between western Nepal (~80°E) and eastern Bhutan (~92°E).The first part of this thesis focuses on the lateral variations of crustal structure. In the past three years we have carried out four land gravity campaigns. We have established 366 new gravity measurement points to fill the data gaps in central and western Nepal as well as in Bhutan. This new dataset, together with available seismological data, is used to constrain thermo-mechanical models of the bending of the India plate underneath the Himalayas. While the inferred crustal geometry does not exhibit major along-strike variations over central and eastern Nepal, the shorter wavelength flexure of the lithosphere in Bhutan is associated with a weaker upper mantle rheology.The second part focuses on the lateral variations of recent deformation in the Himalayas. Fifteen years of paleoseismological investigations have extended the catalogue of major Himalayan events over the last millennium. Combining these information with secular loading, we assess the spatial and temporal stress changes on the Main Himalayan Thrust along the orogen over the last nine centuries. Our calculations indicate that inter-seismic loading has now nearly overcome the Coulomb stress decrease caused by the great ~1100 medieval earthquake. Our results also point out that the 1897 Shillong plateau earthquake does not have a major influence on the stress accumulated on the Main Himalayan Thrust since then. In order to better characterize active tectonics in the Bhutan Himalayas where no studies were done so far, we carried out a morphotectonic analysis in the south-central part of the kingdom. We show that the same amount of Holocene deformation is accommodated on the frontal thrust in Bhutan as on the neighbouring portions of the Himalayan arc. We also find evidences for two major (M>8) earthquakes on this thrust in the Bhutan Himalayas during the last millennium. Our results therefore show that Bhutan cannot be considered as a seismic gap. They also challenge the interpretation of one single ~1100 medieval mega-event that would have ruptured the Main Frontal Thrust from central Nepal to eastern Bhutan.
Au cours du dernier siècle, plusieurs séismes majeurs ont affecté l'Himalaya. Cependant, la taille maximale de ces événements et la probabilité d'occurrence de méga-séismes avec des magnitudes proches de 9 sont toujours matière à débat. L'étude de la segmentation de l'arc Himalayen est donc primordiale afin de comprendre les mécanismes qui contrôlent ces séismes ainsi que leur extension spatiale. La compréhension du cycle sismique en Himalaya est aujourd'hui essentiellement basée sur des études menées au Népal central, ce qui limite notre connaissance de son fonctionnement tri-dimensionnel. Ce travail de thèse permet d'apporter de nouvelles contraintes sur les variations latérales de la déformation crustale dans la zone comprise entre l'ouest Népal (~80°E) et l'est Bhoutan (~92°E). La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales de la structure lithosphérique. Quatre campagnes gravimétriques ont été réalisées entre 2010 et 2012. Elles ont permis d'étendre le réseau gravimétrique Népalais jusqu'à l'ouest Népal et d'établir le premier réseau gravimétrique Bhoutanais. Ce nouveau jeu de données, combiné avec les données sismologiques disponibles, permet de contraindre des modèles thermo-mécaniques de la flexure de la plaque Indienne sous l'Himalaya. Les résultats suggèrent qu'il n'existe pas de variations latérales majeures du comportement mécanique de la lithosphère Indienne entre le centre et l'est Népal contrairement au Bhoutan où une rigidité flexurale plus faible est nécessaire pour expliquer les données.La deuxième partie de cette thèse est consacrée à l'étude des variations latérales des déformations récentes dans le prisme Himalayen. Les études paléosismologiques menées depuis 15 ans en Himalaya ont permis d'étendre le catalogue des événements majeurs sur le dernier millénaire. En intégrant à la fois les contraintes disponibles sur ces séismes majeurs et le chargement séculaire, nous étudions les variations spatiales et temporelles de l'état de contrainte du chevauchemlent Himalayen principal le long de l'arc. Nos calculs montrent que même dans la cas où un méga-séisme se serait produit en ~1100 en Himalaya, le chargement séculaire a quasiment compensé la chute de contrainte associée. Les modèles montrent aussi que le séisme du Shillong ne joue pas un rôle majeur sur les contraintes accumulées sur le chevauchement Himalayen depuis 1897 au niveau du Bhoutan. Enfin, nous présentons les premières contraintes sur la tectonique active au Bhoutan. L'étude morphotectonique réalisée au centre du Sud-Bhoutan a permis de montrer que la majeure partie de la déformation Holocène est accommodée au niveau du front Himalayen, comme au Népal. Nous montrons aussi des évidences de ruptures de surface avec des décalages verticaux de plusieurs mètres associés à deux séismes majeurs sur le dernier millénaire. Ces évidences remettent en cause l'interprétation d'un méga-séisme en ~1100.
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NNT : 2013MON20074
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