Thèse soutenue

Dynamique de construction et démantèlement des volcans tertiaires et quaternaires des Carpates par des approches géomorphologiques et géochronologiques
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Auteur / Autrice : Stéphane Dibacto Kamwa
Direction : Pierre Lahitte
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Structure et évolution de la terre et des autres planètes
Date : Soutenance le 02/07/2020
Etablissement(s) : université Paris-Saclay
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences Paris-Saclay (Orsay, Essonne ; 2004-....) - Eötvös Loránd University. Department of Physical Geography (Budapest)
référent : Faculté des sciences d'Orsay
Jury : Président / Présidente : Xavier Quidelleur
Examinateurs / Examinatrices : Matthieu Kervyn, Zsolt Benkó, David Karátson, Pierre-Yves Gillot
Rapporteurs / Rapporteuses : Matthieu Kervyn, Zsolt Benkó

Résumé

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Dans cette thèse, 47 nouveaux âges ont été obtenus par la technique Cassignol-Gillot. La très bonne reproductibilité des âges obtenus, ajoutée à une stricte cohérence observée entre les édifices volcaniques, supporte l'utilisation de la méthode K-Ar dans la datation des laves des Carpates orientales (Călimani-Gurghiu-Harghita ; CGH) et des dépôts d'ignimbrite du Miocène des Carpates occidentales (les monts de Mátra et Bükk). Dans la partie orientale de la chaîne, les données géochronologiques ont été combinées avec des analyses géomorphologiques pour contraindre l'histoire volcanique et calculer leur taux de construction et d'érosion. Parallèlement, dans la partie occidentale de la chaîne, les données géochronologiques obtenues ont été combinées aux données paléomagnétiques disponibles pour affiner leur stratigraphie. La chaîne des Carpates orientales a connu une migration de son activité éruptive le long de l’arc du Miocène au Quaternaire. Ici, une méthodologie novatrice et complexe apporte de nouvelles contraintes géochronologiques et géomorphologiques sur l'évolution des 20 volcans de la chaîne. Les nouveaux âges ont permis de contraindre leur durée d’activité Par exemple Seaca-Tătarca (6,79-6,47 Ma), Vârghiş (5,47-4,61 Ma) ou de dater l’activité volcanique la plus récente de Călimani. Pour le complexe volcanique de Ciomadul, composé d'une douzaine de dômes de lave, l’activité volcanique a été contrainte entre 704±18 et 28±1ka (<1 Ma) interrompue de périodes de repos. En parallèle, des reconstructions numériques de paléo-topographies volcaniques ont été réalisées dans le but de quantifier leur forme à la fin de leur construction. Les résultats déduits de nos reconstructions ont donné un volume total de matériel émis de 2300km3 sur toute la chaîne avec, à l’échelle de chaque volcan, une large gamme de variation de leur taille (3±3 à 592±115 km³). Ces volumes montrent une nette diminution du nord au sud de la chaîne avec des valeurs de 910, 880, 279 et 165 km³ pour des secteurs géographiques de Călimani, Gurghiu, North Harghita et South Harghita respectivement. Combinés aux âges, ces volumes ont permis de calculer un taux de construction moyen de 200km³/Ma pour toute la chaîne, représenté par deux groupes distincts ; un groupe caractérisé par des taux de construction de 137 km³/Ma caractéristiques des vieux volcans (11-3,6 Ma) suivi d'un groupe avec des taux de construction de 28km³/Ma pour les volcans Plio-Quaternaires. La comparaison des volcans reconstruits et ceux actuels a permis de calculer un volume érodé total de 524±125km³, correspondant à une dénudation moyenne de 22% et à un taux d'érosion moyen de 20m/Ma pour la chaîne de CGH. Suite aux fluctuations climatiques enregistrées le long de cette chaîne, les taux d'érosion caractéristiques de ces grandes périodes climatiques ont été calculés dans le but de montrer le rôle qu’a joué le climat sur les taux d’érosion. Le taux d'érosion le plus élevé de 38m/Ma a été obtenu pour la période régie par un climat continental subtropical modéré transitionnel (9,5-8,2 Ma). Pour la période climatique continentale modérée (8,2-6,8 Ma), caractérisée par des conditions climatiques beaucoup moins humides, un taux d'érosion de 14 m/Ma est proposé. Pour la période correspondant à un climat continental avec identification de périodes semi-arides (6,8-5,8 Ma), un taux d'érosion de 7 m/Ma a été calculé. Pour les volcans Plio-Quaternaires ayant connus des cycles interglaciaires/glaciaires, un taux d'érosion de 28m/Ma a été obtenu. Une telle approche morphométrique et géochronologique quantitative démontre son efficacité à étudier le dynamisme volcanique, y compris les processus de construction et d'érosion au fil du temps. Dans la partie occidentale des Carpates, les âges obtenus sur les coulées de lave de Börzsöny contraignent sa période d'activité entre 14,3-15,1 Ma. Pour les dépôts ignimbritiques de Bükk, les résultats K-Ar évoluent entre 12,7-16,5 Ma.