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 : In order to identify and quantify the Rif (Morocco) present-day deformation, especially those related to active faults (location, geometry, kinematic), we perform a morphotectonic study. The studied area and faults are located in the Northern part (conjugate faults of Al-Hoceima Bay: Trougout, Boujibar and Rouadi), the Eastern part (Nekor fault) and the Southern part of the chain (Rif frontal thrust between Fes and Meknes cities).Morphotectonic tools (DEMs at different scales, satellite and aerial pictures), field studies and Quaternary dating methods (U/Th, OSL, 14C and in-situ cosmogenic isotopes 10Be, 3He, 36Cl) allow us to characterize transtensional deformation in the Northern Rif. Horizontal and vertical slip rates along the N-S-oriented Trougout major fault are ~1.6 mm/yr and ~2 mm/yr respectively. In the Southern part, the Rif frontal thrust shows a shortening rate of ~1.8 mm/yr into Fes and Meknes area. In the Eastern part, the deformation is focused on the Nekor left-lateral strike-slip major fault with ~1.5 mm/yr. Incision features and raised marine terraces involve an uplift of the chain about ~0.2 mm/yr. The overall deformation in the Rif seems to be continuous since the Messinian-Pliocene time.These new morphotectonic constraints are consistent with the GPS measurements showing southwestward overall motion of most of the Rif belt with respect to stable Africa, associated to clockwise rotation. Finally, we propose a geodynamic model in which the Rif, the Alboran sea and the Betics belong to a single microplate bounded by the strike-slip faults of the Betics on the North, the Rif frontal thrust on the South, the Nekor and TASZ (Trans Alboran Shear Zone) strike-slip faults on the East and North-East, and the western Rif folded structures on the West.
L'objectif de cette étude est d'identifier et de quantifier les déformations actuelles dans la chaine du Rif (Maroc), notamment celles associées aux failles actives (localisation, géométrie, cinématique). Pour ce faire, nous mettons en œuvre pour la première fois dans cette région, une approche morphotectonique. Les sites et failles sélectionnés et étudiés se situent dans la partie Nord (les failles conjuguées de la baie d'Al-Hoceima: Trougout, Boujibar et Rouadi), l'Est (la faille de Nékor) et le Sud (front chevauchant sud rifain entre Fes et Meknes).A partir des outils de la morphotectonique (MNTs à différentes résolutions, images satellitaires, photographies aériennes), d'analyses de terrain et grâce aux méthodes de datation du Quaternaire (U/Th, OSL, 14C et isotopes cosmogéniques produits in-situ 10Be, 3He, 36Cl), cette étude met en évidence et quantifie une déformation transtensive dans la partie Nord de la chaine. Les vitesses de glissement horizontales et verticales le long de la faille principale d'orientation méridienne de Trougout sont de ~1.6 mm/an et ~2 mm/an, respectivement. Dans la partie Sud, nous montrons que le front rifain entre Fez et Meknes est actif avec une vitesse de raccourcissement de ~1.8 mm/an. La déformation dans la région Est se localise principalement sur la faille du Nékor avec une vitesse décrochante senestre de ~1.5 mm/an. Par ailleurs, la présence de nombreuses figures d'incision et de surfaces marines soulevées au niveau du littoral Nord témoignent d'une surrection généralisée de la chaine de l'ordre de ~0.2 mm/an. L'ensemble de cette déformation semble être constante depuis la période du Messino-Pliocène. Ces résultats sont cohérents avec les données GPS qui montrent un déplacement de ~5mm/an vers le SW de l'ensemble du Rif associé à un mouvement rotatif horaire, dans le référentiel Afrique stable. D'un point de vue géodynamique, nous proposons que le Rif, la mer d'Alboran et les Bétiques appartiennent à une même microplaque limitée au Nord par les failles décrochantes des Bétiques, au Sud par le chevauchement rifain, à l'Est et au Nord-Est par les failles décrochantes de Nékor et de la TASZ (Trans Alboran Shear Zone) et à l'Ouest par les structures plissées bordières du Rif.
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NNT : 2014MON20105
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Éditeur(s) : HAL CCSD
Résumé : In SW Yukon – SE Alaska, the boundary between the Pacific and North America plates is characterized by a syntaxis at the transition between the Aleutian subduction to the W and the Fairweather – Queen Charlotte strike-slip faults to the SE. The relative motion is oblique to the main fault structures, and the area is marked by the Yakutat block collision. From the Chugach – Saint Elias mountains in the plate boundary zone (up to 6 000 m high) to the intraplate strike-slip faults, markers of the present-day deformation give information on its partition in the system.During my PhD, I first measure surface deformation using a dense GPS network, deployed up to 500 km inland the North America plate. After precise processing and corrections of transient effects in the area (postseismic and glacial isostatic rebound), a new residual velocity field is produced for the syntaxis area, from which I derive strain rates. Those data allow me to quantify the fault slip rates for Fairweather and southern Denali strike-slip faults, and to characterize a bi-modal deformation pattern: Along the plate boundary, the deformation is localized on large-scale structures (accretionary prism to the W, Fairweather to the E); In the syntaxis area, strain rates are the highest and the GPS data shows a diffuse intraplate deformation, similar to an indentor pattern. The Yakutat block seems to strongly drive the North America plate deformation.This indentor pattern induces strong lateral variations on the large intraplate faults: the Denali – Totschunda – Duke River system. In a second part, I realize a regional geomorphological study to characterize the role and slip rate of those faults. From very high-resolution Digital Elevation Models (~ 1 m), a detailed cartography is done. On the basis of fieldwork observations, I measure offsets of fluvial and glacial markers, which are sampled for dating. A dextral cumulative deformation is highlighted on the northern Denali Fault, where as all southern Denali is marked by vertical deformation. This study allows me to quantify new slip rates for the system Denali – Totschunda – Duke River, and to show the leading role of the Totschunda (~ 14 mm/a) and Duke River (~ 6 mm/a) faults, contrary to the Denali Fault (~ 1 mm/a) North of the syntaxis.The new tectonic model for the Yakutat collision provides an important case study for the understanding of indentor systems. The concomitance of a rigid-block deformation (to the West) and diffuse deformation (to the East), as well as the near-zero slip rate on the lithospheric-scale southern Denali Fault highlight the major control of boundary conditions and the structural heritage on the orogen deformation.
Au SO Yukon – SE Alaska, la frontière entre les plaques Pacifique et Nord-Amérique est marquée par une syntaxe à la transition entre la subduction des Aléoutiennes à l’O et le décrochement de Fairweather – Queen Charlotte au SE. Le mouvement relatif est oblique et la région est marquée par la collision du bloc Yakutat. De la chaine des Chugach – Saint Elias en frontière de plaque (jusqu’à 6 000 m d’altitude) aux grands décrochements intraplaque, les marqueurs de la déformation actuelle apportent des informations sur sa partition dans ce système.Au cours de cette thèse, je m’intéresse dans un premier temps à mesurer la déformation de surface à l’aide d’un réseau GPS dense, déployé jusqu’à 500 km à l’intérieur de la plaque Nord-Amérique. Après un travail minutieux de traitement des données et de correction des effets transitoires (rebond post-glaciaire et post-sismique), un champ de vitesses résiduelles robuste et inédit est produit au niveau de la syntaxe, dont je dérive des taux de déformation. Ces données me permettent de quantifier les vitesses de glissement les failles décrochantes de Fairweather et Denali au Sud, et également de caractériser une déformation bimodale : En frontière de plaques, la déformation est localisée sur les grandes structures (prisme d’accrétion à l’O, Fairweather à l’E) ; Au niveau de la syntaxe, les taux de déformation sont les plus importants et les données GPS mettent en évidence une déformation intraplaque diffuse, similaire à un champ attendu à l’aplomb d’un indenteur. Le bloc Yakutat semble donc contrôler fortement la déformation de la plaque Nord-Amérique.Ce champ de déformation induit des variations latérales fortes sur les grandes failles intraplaque : le système Denali-Totschunda-Duke River. Dans une seconde partie, je réalise une étude géomorphologique régionale pour caractériser le rôle et la vitesse de ces failles. À partir de Modèles Numériques de Terrain très haute résolution (~ 1 m), une cartographie de détail est réalisée. Puis une mission de terrain me permet de mesurer des décalages sur des marqueurs fluviatiles et glaciaires et collecter des échantillons pour les dater. Je mets en évidence une déformation cumulée dextre sur le segment Nord de la faille de Denali, alors que toute la partie Sud déforme verticalement la surface. Cette étude me permet de quantifier de nouvelles vitesses de failles sur le système Denali-Totschunda-Duke River, et de montrer le rôle prépondérant des failles de Totschunda (~ 14 mm/a) et Duke River (~ 6 mm/a) contrairement à la faille de Denali (~ 1 mm/a) au Nord de la syntaxe.Le nouveau modèle cinématique proposé pour la région de collision Yakutat permet d’apporter un nouvel exemple à la compréhension des systèmes d’indenteur. La concomitance d’une déformation de blocs (à l’Ouest) et diffuse (à l’Est), ainsi que l’absence de déformation sur la faille lithosphérique de Denali Sud met en évidence le contrôle majeur des conditions aux limites et de l’héritage structural dans la déformation des orogènes.
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