Contribution des événements extrêmes à la morphogenèse long-terme

Contribution of extreme events to long-term morphogenesis

• Auteur / Autrice : Clément Desormeaux
• Direction : Vincent Godard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de l'environnement. Géosciences
• Date : Soutenance le 07/07/2023
• Etablissement(s) : Aix-Marseille
• Ecole(s) doctorale(s) : École Doctorale Sciences de l'environnement (Aix-en-Provence)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : CEREGE Centre Européen de Recherche et d’Enseignement des Géosciences de l’Environnement (Aix-en-Provence ; 1995-....)
• Jury : Président / Présidente : Olivier Bellier
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Sébastien Carretier, Pierre Valla, Lucilla Benedetti, Rodolphe Cattin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Carole Petit, Jérôme Van der Woerd
• DOI : 10.70675/586f54e1zf7abz4da0z9b05z8f32b9d95085

Mots clés

Mots clés contrôlés

Apennin (Italie)

Massif central (France ; est)

Datation cosmogénique

Substances radioactives

Géomorphologie

Sciences de la Terre

Mots clés libres

Géomorphologie quantitative

Forçages tectonique et climatiquel

Processus de surface

Relief continentaux

Nucléides cosmogéniques

Événements extrêmes

Quantitative geomorphology

Tectonic and climatic forcing

Surface processes

Continental relief

Cosmogenic nuclides

Extreme events

Résumé

La surface terrestre est une interface dynamique. Son évolution se fait sous l'action des forçages tectonique et climatique. Ces derniers contrôlent les processus de surfaces permettant la dénudation des reliefs et l'export sédimentaire. Ces forçages n'agissent pas de manière continue, mais sous la forme d'événements extrêmes séparés par des phases de quiescences. La distribution de ces évènements est décrite par des lois statistiques (fréquence-magnitude), qui, couplés à la réponse morphologique et aux effets de seuil pour la mise en action des agents de l'érosion, conduit à un comportement complexe et souvent mal caractérisé de la dynamique du relief. De plus, Les forçages sont variables dans le temps et l'espace, ce qui rend la déconvolution du signal érosif lié à l'un ou l'autre difficile. L'objectif de cette thèse est d'étudier trois aspects de l'évolution des paysages. D'abord, nous explorons l'importante de la variabilité climatique et des seuils d'érosion sur l'incision fluviale (échelle 1 - 10 kyr). Ensuite, nous analysons le caractère transitoire des paysages et leur réorganisation à travers la migration des lignes de partage des eaux. Enfin, nous étudions la construction d'un relief particulier associé à l'accumulation des déplacements co-sismiques des failles normales (échelle 10 kyr - 1 Myr). Nous avons sélectionné deux régions. La bordure Est du Massif Central (France) est caractérisée par un gradient de variabilité climatique et une activité tectonique limitée. Ces éléments nous permettent d'étudier l'incision fluviale à travers le Stream Power ainsi que l'état de déséquilibre topographique. Pour atteindre ces objectifs, nous utilisons un spectre de méthode large à travers des données géochronologiques (taux de dénudation des bassins versants à partir du 10Be), topographiques (analyse des profils de rivières) et hydrologiques. La seconde région est la chaîne des Apennins (Italie) et le système de failles normales Magnola-Velino le long duquel des facettes triangulaires sont développées. Nous cherchons à quantifier les taux de glissement long-terme à partir d'un modèle d'inversion des concentrations 36Cl, à réaliser une analyse exploratoire sur les ravines à partir des NC et d'une analyse topographique haute résolution. Nous mettons en évidence des comportements et des réponses complexes des systèmes morphologiques aux forçages tectonique et climatique. Les formulations simples du Stream Power reproduisent mieux les taux de dénudation que les formulations stochastiques. Cela soulève des questions quant à la fiabilité des hypothèses formulées concernant les propriétés de la charge de fond et quant à la signification de leur estimation en termes de variations spatiales et d'intégration temporelle des changements dans les processus durant le Pléistocène tardif. Nous montrons également que la ligne de partage des eaux de cette région migre vers les massifs intérieurs, mais que certains bassins résistent à cette migration. Cela souligne la complémentarité entre la dynamique verticale de l'érosion et la dynamique latérale de l'organisation fluviale. Notre étude sur le système Magnola-Velino met en avant une anti-corrélation entre l'incision et le signal topographique des ravines. Il est probable que la relation observée soit le résultat de plusieurs facteurs tels que la variation latérale du soulèvement, les variations lithologiques et la dynamique de l'incision. Finalement, notre étude apporte des contraintes de premier ordre sur les processus de surface et sur les grandes problématiques de formation des paysages. Nous montrons l'importance de travailler dans des contextes sur lequel l'un ou l'autre des forçages varie peu quand on cherche à contraindre le signal érosif lié à la tectonique ou au climat spécifiquement. Plusieurs questions restent ouvertes et des explorations supplémentaires autour du contrôle de l'érosion par la lithologie et la transition des périodes glaciaires / interglaciaires sont nécessaires

The earth's surface is a dynamic interface. It evolves under the action of tectonic and climatic forcing. These forcings control the surface processes that allow the denudation of reliefs and the export of sediments. They do not act continuously, but in the form of extreme events separated by quiescent phases. The distribution of these events is described by statistical laws (frequency-magnitude), which, coupled with the morphological response and threshold effects for the activation of erosion agents, leads to a complex and often poorly characterized behavior of landscape dynamic. Moreover, the forcings are variable in time and space, which makes the deconvolution of the erosive signal linked to one or the other difficult. The objective of this PhD is to study three aspects of landscape evolution. First, we explore the importance of climatic variability and erosion thresholds on fluvial incision (scale 1 - 10 kyr). Secondly, we analyze the transient state of landscapes and their reorganization through the migration of watersheds. Finally, we study the construction of a particular relief associated with the accumulation of co-seismic displacements of normal faults (scale 10 kyr - 1 Myr). We have selected two regions. The eastern margin of the Massif Central (France) is characterized by a gradient of climatic variability and limited tectonic activity. These elements allow us to study the fluvial incision through the Stream Power as well as the state of topographic disequilibrium. To achieve these objectives, we use a broad range of methods through geochronological (catchment-wide denudation rates derived from 10Be), topographic (river profile analysis) and hydrological data. The second region is the Apennine range (Italy) and the Magnola-Velino normal fault system, along which triangular facets are developed. We aim to quantify long-term slip rates from a 36Cl inversion model, to perform an exploratory gully analysis based on NC and high resolution topographic analysis. We high light complex behavior and responses of morphological systems to tectonic and climatic forcing. Simple Stream Power formulations reproduce denudation rates better than stochastic formulations. This raises questions about the reliability of the assumptions made about the properties of the bed load charge and the significance of their estimation in terms of spatial variation and temporal integration of process changes during the Late Pleistocene. We further show that the drainage divide in this region migrate westward to the massif interior, but that some basins are resisting this migration. This highlights the complementarity between the vertical dynamic of erosion and the lateral dynamic of fluvial organization. Our study on the Magnola-Velino system shows an anti-correlation between incision and the topographic signal of the gullies. It is probable that the observed relationship is the result of several factors such as lateral variation in uplift, lithology, and incision dynamics. Finally, our study provides first-order constraints on surface processes and on the major issues of landscape evolution. We show the importance of working in contexts where one or other of the forcing do not vary much when trying to highlight the erosive signal linked to tectonic or climate specifically. Various questions remain open, and further exploration around the control of erosion by lithology and the transition from glacial to interglacial periods is required