Analyzing the recent vertical movements associated with the Cévennes reliefs : Implications in terms of intraplate deformations dynamics.
Analyse des mouvements verticaux récents associés aux reliefs cévenols : Implications en termes de dynamique des déformations en domaine intraplaque
Résumé
The origin of intraplate deformations is poorly understood and does not fit into the theory of plate tectonics. The case of orogens in a stable continental domain is emblematic in this regard since beyond the question of seismic activity, a mechanism for topographic support is needed. The very question of the activity of these intraplate orogenes zones is open to discussion: are these zones currently active or are they inherited landforms? The Massif-Central (France) is an example of this kind of orogen and the main axis of this thesis consists in the characterization of the activity of the Massif-Central through geomorphological and geochronological approaches.An analysis of regional morphologies highlights the presence of a regional signal that can be interpreted beyond the local noise. The center of the region, between the Ardèche and the Margeride area, presents inherited morphologies currently raised to an altitude of ca. 1000 m. This zone with an inherited morphology is gradually dismantled from the peripheral zones. This regressive erosion is at the origin of the formation of the deep regional valleys and canyons.The obtention of more than a hundred new measurements of cosmogenic isotope concentrations in current alluvial sediments and karstic infilling, permits the quantification of the landscape evolution pace. An average regional denudation rate of the order of 60 mm.ka-1 during the last ~ 10 to 20 ka is obtained. In relation with newly quantified ~ 80-100 m Ma-1 incision rate, a proposal of relief creation rate of ~ 20 m Ma-1 is possible. Locally, at the level of the Cévennes Fault, the results point to a differential vertical movement over the last ~ 5 Ma with the northern part being uplifted 40 m Ma-1 faster than the southern part. Assuming the long-time linearity (> Ma) of this rate, it is possible to go date the initiation of the incision and of the uplift: ~ 6 Ma. Short-time incision speeds (~ 50 ka) highlight a probable cyclicity of these erosive processes over this time range.Integrating these newly erosion rate in numerical models allow to test the lithospheric response to erosion. This reaction is associated with uplift, a process often invoked to explain vertical movements in intraplate area. This hypothesis is an extrapolation of the classical GIA. In the case of the erosion reaction, the formalization of thin elastic plate bending seems to be near the limit of validity due to the highly non-linear spatio-temporal pattern of erosion resulting in complex stress rate and related lithospheric rheology. These questions will require a more complete integration within 3D numerical models and will also make it possible to specify the role of these processes in the dynamics of faults as evidenced at the level of the Cévennes fault system, and ultimately to provide a better estimate of the seismic hazard.
L’origine des déformations en domaines intraplaque est mal connue et ne s’intègre pas pleinement au sein de la théorie de la tectonique des plaques. Le cas des orogènes en domaine en particulier, puisque au-delà de la question de l‘activité sismique, un mécanisme de production de forte topographie est nécessaire. La question même de l’âge de ces zones d’orogène intraplaque est sujette à discussion : ces zones sont-elles actuellement actives ou s’agit-il de reliefs hérités ?Le Massif-Central (France) est un exemple de ce genre d’orogène et l’axe principal de cette thèse consiste en la caractérisation de la dynamique du Massif-Central a travers des approches géomorphologiques et géochronologiques.Une analyse des morphologies régionale fait ressortir la présence d’un signal régional interprétable au-delà des nombreuses variations et spécificités locales. Le centre du massif, entre plateau Ardéchois et massif de la Margeride présente des morphologies héritées actuellement portée à une altitude supérieure à 1000 m. Cette zone à morphologie héritée est progressivement démantelée à partir des zone périphériques. Cette érosion régressive est à l’origine du creusement des vallées et canyons régionaux.La production de plus d’une centaine de nouvelles mesures de concentrations en isotopes cosmogéniques au sein des sédiments alluvial actuels, ou ancien et piégés dans l’endokarst, a permis de quantifier les vitesse moyennes d’évolution du paysage. Une vitesse de dénudation régionale de ~ 60 mm.ka-1 sur les derniers ~ 10 à 20 ka est obtenu. La vitesse d’incision long terme, déduite des étagements de sédiments au sein des karsts est estimé à ~ 80 – 100 m.Ma-1. Cette différence dans les vitesses d’érosion linéaire au niveau du système fluviatile et d’érosion diffusif au niveau des versants permet de déduire une vitesse d’incision relative réelle, donc de création de relief, de l’ordre de 20 à 40 m.Ma-1. Au niveau de la Faille des Cévennes, les résultats obtenus indiquent un mouvement vertical différentiel sur les derniers ~ 5 Ma avec une surrection du compartiment Nord de la faille de l’ordre de 40 m.Ma-1. En posant une hypothèse de linéarité dans le temps long (> Ma) des taux d’incision et de dénudation, il est possible de remonter à l’époque d’initiation du creusement et du début de la surrection : ~ 6 Ma. Des compléments sur la vitesse d’incision sur le temps courts (~ 50 ka) mettent en avant une probable cyclicité de ces processus érosifs sur cette gamme de temps.L’intégration de ces nouveaux taux d’érosions dans des modèles numériques permet de tester la réponse de la lithosphère à ce forcage La réaction mécanique de la lithosphère a ce déchargement est associé à une surrection, ce processus est souvent invoqué pour expliquer les mouvements verticaux loins de zones de frontières de plaques. Cette hypothèse est une extrapolation des résultats déduit du rebond glacio-eustatiques observé, par exemple au Canada, en lien avec la disparition des calotte glaciaire il y a ~ 10-15 ka. Dans le cas de la réaction à l’érosion, le formalise de flexure de plaque élastique semble être en limite de validité du fait de la forte non linéarité spatio-temporelle des processus érosifs engendrant des taux de contrainte variables et une réponse rhéologique lithosphérique complexe. Ces questions nécessiterons une intégration plus complète au sein de modèles numériques 3D et permettrons également de préciser le rôle de ces processus dans les dynamiques de failles tel que mis en évidences au niveau du faisceau cévenol, et à terme d’apporter une meilleur estimation de l’aléa sismique.
Origine : Version validée par le jury (STAR)