Évolution morphogénique des Pyrénées orientales : apports des datations de systèmes karstiques étagés par les nucléides cosmogéniques et la RPE

Morphogenetic evolution of the eastern Pyrenees using cosmogenic burial dating and ESR

• Auteur / Autrice : Amandine Sartégou
• Direction : Marc Calvet, Didier Bourlès
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Géosciences
• Date : Soutenance le 08/12/2017
• Etablissement(s) : Perpignan
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale INTER-MED (Perpignan ; 2011-....)
• Partenaire(s) de recherche : : Histoire naturelle de l'homme préhistorique (Paris ; Perpignan ; Tautavel, Pyrénées-Orientales)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Histoire naturelle de l’homme préhistorique (HNHP- UMR 7194 CNRS)- Centre d’études et de recherches préhistoriques (CERP)- 66720 Tautavel
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Audra, François Guillocheau, Vincent Regard, Jean-Jacques Bahain, Philippe Vernant, Hélène Tissoux, Régis Braucher
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Philippe Audra, François Guillocheau

Mots clés

Mots clés contrôlés

Géomorphologie

Archéologie -- Datation

Mots clés libres

Géomorphologie

Nucléides cosmogéniques

Résonance paramagnétique électronique

Pyrénées

Réseaux karstiques

Geomorphology

Terrestrial cosmogenic nuclides

Electron Spin Resonance

Pyrenees

Limestone karstic networks

Résumé

Les Pyrénées ne sont pas considérées comme une chaîne active malgré certaines évidences néotectoniques et la microsismicité. Toutefois, des travaux récents ont montré que la chaine n’avait probablement jamais atteint un état stationnaire. Or, le soulèvement tectonique des chaînes de montagnes actives contrôle a priori les rythmes et les taux d’incision des vallées fluviales, lesquels sont à leur tour modulés par les changements climatiques répétés du Quaternaire. Une option pour contraindre les mouvements verticaux à long terme est de quantifier les taux d’incision par le biais de marqueurs géométriques passifs du soulèvement tels que les terrasses alluviales. Mais, selon les contextes, il n’est pas toujours possible de contraindre le soulèvement à partir de tels marqueurs. Les réseaux karstiques constituent une alternative du fait de la possibilité de déterminer la durée d’enfouissement d’alluvions fluviatiles provenant de la partie amont des bassins versants et piégés lors de leur traversée des chaînons calcaires périphériques à partir de la concentration en nucléides cosmogéniques produits in situ dans leur fraction quartzeuse. En effet, au fur et à mesure de l’encaissement de la vallée, différentes générations de conduits épinoyés horizontaux se mettent en place, les réseaux plus récents se formant en-dessous des générations précédentes. Ces galeries étagées enregistrent les paléo-altitudes des paléo-niveaux de base locaux. Ainsi, dès lors qu’elles piègent des alluvions fluviatiles, les galeries épinoyées sont assimilables à des niveaux de terrasses alluviales.Nous avons déterminé les durées d’enfouissement de sédiments détritiques dans 61 cavités des vallées de la Têt, de l’Ariège, de l’Aude et de l’Agly, via les méthodes 26Al/10Be et 10Be/21Ne, en sus d’observations morphologiques (développement des réseaux, analyse des étagements). Ces vallées offrent des étagements conséquents et les fleuves qui les parcourent sont connectés à des niveaux de base distincts (façades Atlantique et Méditerranéenne). Les résultats sur ces vallées nous permettent de documenter des incisions du Miocène ancien (~16-13 Ma) jusqu’à l’actuel avec des influences de forçages externes et de l’eustatisme que nous analyserons. L’extrapolation des taux d’incision permet également d’estimer des âges Oligo-Miocène pour les surfaces perchées incisées par ces systèmes fluviatiles.Cependant, la densité de paléo-drains sub-horizontaux sur une tranche altimétrique (relativement à la précision des techniques de datations), le contexte géodynamique, voire paléoclimatique, les réorganisations des réseaux de drainage, peuvent engendrer des histoires de remplissages des réseaux plus complexes qu’escomptées. De ce fait, contraindre justement et précisément l’âge d’un dépôt, même via des croisements inter-méthodes (26Al/10Be, 10Be/21Ne, RPE, OSL) peut s’avérer infructueux.

The rates and chronologies of valley incision are closely modulated by the tectonic uplift of active mountain ranges and were controlled by repeated climate changes during the Quaternary. The continental collision between the Iberian and Eurasian plates induced a double vergence orogen, the Pyrenees, which has been considered as a mature mountain range in spite of significant seismicity and evidence of neotectonics. Nevertheless, recent studies indicate that the range may have never reached a steady state. One option for resolving this controversy is to quantify the incision rates since the Miocene by reconstructing the vertical movement of geometric markers such as fluvial terraces. However, the few available ages from the Pyrenean terrace systems do not exceed the middle Pleistocene. Thus, to enlarge the time span of this dataset, we studied alluvium-filled horizontal epiphreatic passages in limestone karstic networks. Such landforms are used as substitutes of fluvial terraces because they represent former valley floors. They record the transient position of former local base levels during the process of valley deepening. In addition to morphological observations, the burial durations of detrital sediments in 61 cavities of the Têt, Ariège, Aude and Agly valleys were determined using cosmogenic 26Al/10Be and 10Be/21Ne ratios. The results obtained allow us to document incision processes since the early Miocene (~ 16-13 Ma) and to study influences of external forcing and eustatism. In comparison with other studies, it appears that incision rates are probably higher in the central Pyrenees, suggesting an increased role for glaciers in the incision process. Moreover, a gradient would also be observable from north to south, the Spanish slope probably having been incised faster. However, the density of sub-horizontal levels on an elevation range, the geodynamical and paleo-climatic contexts, the reorganization of the drainage networks may lead to networks filling stories more complex than expected. The obtained results applying various suitable geochronological methods (26Al/10Be, 10Be/21Ne, ESR and OSL on quartz) sometimes evidence that these radiometric approaches may be limited when source and/or emplaced deposits are reworked. The validity of dosimetric methods in a mountainous context, and the possibility that not all of the quartz grains are bleached at the time of deposition will also be discussed.