Research

Reliefs et flux

1. Disparition des reliefs et formation des grandes surfaces d’aplanissement (pédiments et pénéplaines).

Ce sont des phénomènes encore très mal connus, tant pour les mécanismes, leur dynamique ou leur impact sur cycles globaux. Nous développons des modèles expérimentaux et numériques pour comprendre l'effet relatif de l'altération et de l’érosion physique et de leurs échelles de temps dans la disparition des reliefs ainsi que dans l’élaboration et la préservation des grands aplanissements continentaux. L’impact sur les bilans géochimiques et sédimentaires globaux est abordé à partir de la quantification des flux d’altération chimique et d'érosion physique dans des contextes d’aplanissement que nous connaissions très bien dans les Andes et en Afrique ou d’autres systèmes cratoniques ou orogéniques.

EXEMPLE : La caractérisation des vitesses d’érosion en domaine cratonique à différentes échelles de temps
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Les données ont été générées par 4 méthodes (cosmonucléides, charges des rivières, thermochronologie basse température et  mesure du différentiel d’altitude entre paléosurfaces) au cours du Cénozoïque. Elles définissent le régime stationnaire de dénudation des zones non-orogéniques entre 2 et 10 m/Ma, essentiellement limité par l’épaisseur des régolites disponibles pour l’érosion mécanique. Les données en niveaux de gris sont centrales à l’étude et basées sur près de 400 stations de mesure en Afrique de l’Ouest.

Référence: Beauvais, A. & Chardon, D., 2013, Modes, tempo, and spatial variability of Cenozoic cratonic denudation: The West African example., G3, 14, 5, doi: 10.1002/ggge.20093

2. Couplages entre chaîne et piedmonts : Comment interagissent les bassins versants et les bassins sédimentaires (source-to-sink-to-source) ?

Nos travaux ont montré l’impact de la sédimentation au pied d'une montagne sur la dynamique d'érosion de la zone source des dépôts. Cette rétroaction implique de revoir, par exemple, la façon dont on interprète les successions de phases d’incision et d’aggradation dans ces systèmes couplés. Dans le détail, ces couplages sont complexes et nous cherchons à les comprendre par des aller-retour entre modèles expérimentaux et numériques. L'objectif est de comprendre l’impact des changements climatiques et tectoniques sur les alternances spatio-temporelle incision-sédimentation dans les systèmes orogéniques et leurs piedmonts.

3. Interactions entre climat et dynamique des reliefs

A partir d’une approche expérimentale numérique et analogique et d’analyse des données de flux dans les systèmes andins et africains, nous étudions l’impact de (i) la variabilité du climat sur l’érosion et le partitionnement entre érosion physique et altération et (ii) des variations spatiales de précipitation sur la géométrie des reliefs et sur leur réorganisation dynamique.

EXEMPLE : Rôle du climat et de la pente sur les flux d'érosion
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Mesures des taux d’érosion déduits des chroniques hydrologiques (points noirs, période de mesure ~30 ans) et des analyses 10Be (points rouges, ~10 ka) dans le Chili central. En bas : localisation des bassins versants.

Le rôle du climat sur l'érosion est largement débattu. Le long du Chili central, le climat est désertique au Nord et humide au Sud. Des collaborations avec les universités chiliennes nous ont permis de travailler, de façon pluridisciplinaire, le long de l’édifice andin au travers de ce gradient climatique exceptionnel. Les flux déduits des chroniques hydrologiques ont été comparés aux flux millénaires calculés grâce au 10Be contenu dans les sédiments : leurs gradients géographiques sont similaires, ce qui montre que les processus ont peu varié depuis 10 000 ans. Notre résultat majeur est que les flux (et donc les taux d’érosion) augmentent lorsque le climat passe d’hyper-aride à méditerranéen. Au-delà de 600 mm/an de précipitations, la pluviométrie semble ne plus avoir un rôle majeur et la pente des versants prend le relais comme moteur de l’érosion.

Référence : Carretier S., Regard V., Vassallo R., Aguilar G., Martinod J., Riquelme R., Pepin E., Charrier R., Hérail G., Farias M., Guyot J.-L., Vargas G., Lagane C., 2013.Slope and climate variability control of erosion in the Andes on central Chile.Geology, 41, 195-198.

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Débit spécifique (débit rapporté à une unité de surface) quotidien du fleuve Narayani au Népal en fonction du taux quotidien de précipitations sur le bassin versant (~ 12 300 points de données répartis sur 34 ans). Le code couleur est lié à la date d’acquisition des données dans l’année et l’échelle est logarithmique en abscisse et en ordonnée. La ligne de pointillés est la ligne "débit spécifique = taux de précipitation".

EXEMPLE : Cycle de l’eau en Himalaya

L’analyse des mesures quotidiennes du débit des fleuves himalayens réalisées depuis environ 30 ans et des travaux de simulation ont conduit des chercheurs de deux laboratoires français, Géosciences Rennes (OSUR, Université Rennes 1 / CNRS) et Géosciences environnement Toulouse (GET/OMP, CNRS / UPS / IRD / CNES), et du Geology institute (TU Bergakademie Freiberg, Allemagne) à remettre drastiquement en question la vision du cycle de l’eau dans cette région. Dans l’Himalaya, le transfert des eaux de précipitation vers les fleuves est en effet modulé davantage par leur stockage temporaire dans des aquifères fracturés que par leur stockage sous forme de neige et de glace ou l’évapotranspiration. Cette étude a été publiée dans Nature Geoscience

Référence : C. Andermann, L. Longuevergne, S. Bonnet, A. Crave, P. Davy and R. Gloaguen, 2012, Impact of transient groundwater storage on the discharge of Himalayan Rivers, Nature Géosciences,doi: 10.1038/ngeo1356

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Vallée de la Kalingandaki, entourée de l'Annapurna (à droite, 8091 m) et du Dhaulagiri (à gauche, ~ 8167 m). © Geosciences Rennes CNRS, Christoff Andermann

4. Production et flux de sédiments, expression stratigraphique de l’érosion continentale : le système Source-to-Sink des contextes non orogéniques

Les régolites issus de l’altération constituent les réserves de sédiments mobilisables par les réseaux fluviaux. Nous quantifions la production et les flux de ces sédiments à l’échelle continentale au cours des temps géologiques. Cette approche, basée sur une expertise de terrain et sur la cartographique de paléo-surfaces latéritiques datées, permet de quantifier l’érosion continentale et de prédire les flux solides et dissous à l'éxutoire des principaux bassins de drainage africains. Nous caractérisons ensuite l’expression stratigraphique de cette dynamique de flux solides, dans les bassins sédimentaires. L’objectif est d’établir les outils qui permettront de lire de manière fiable la dynamique de l’érosion continentale dans les bassins sédimentaires. Notre objectif est également de simuler et d’évaluer, sur la base de vastes régions test africaines, les exports des surfaces continentales non-orogéniques vers l’océan mondial.

EXEMPLE: Les fleuves africains au Cénozoïque

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L’érosion des continents se mesure à la capacité des fleuves à inciser leur surface. Or, à l’échelle des temps géologiques, les marqueurs géomorphologiques utilisés pour mesurer l’enfoncement des réseaux fluviaux sont très rarement préservés. Aussi, les études de l’incision sont dépendantes de modèles qui simulent la réponse des profils longitudinaux des fleuves à un abaissement du niveau marin par la propagation vers l’amont de « marches » (knickzones) générées aux embouchures. Mais la mesure in-situ de l’incision reste cruciale pour contraindre ces modèles et reconstruire l'histoire des flux solides et dissous vers l’océan. Pour la première fois, en utilisant desmarqueursdatés et corrélés à l’échelle de l’Afrique de l’Ouest, la reconstitution des profils de grands fleuves permet de calibrer la dynamique d’incision du continent africain depuis 50 millions d’années. L’incision a été faible (5 mètres par million d’années) et distribuée le long de segments de rivière limités par des knickzones stationnaires et fixés sur des hétérogénéités géologiques. Ces résultats révèlent le mode typique d’adaptation des réseaux fluviaux hors des contextes montagneux et permettront ainsi de calibrer des modèles d’érosion pertinents pour la majeure partie de la surface des continents

Référence : Grimaud, J.L., D. Chardon, A. Beauvais. Very long-term incision dynamics of big rivers.  Earth and Planetary Science Letters, 405, 74-84, 2014

5. L’érosion des côtes rocheuses : processus et bilans.

Si les processus affectant les côtes rocheuses (vagues, altération lors des cycles de marée, bioérosion, cryoclastie) sont identifiés, leur quantification commence à peine. Notre objectif est donc de quantifier ces processus par un suivi de sites particuliers pour pouvoir, à terme, modéliser correctement l’évolution des côtes rocheuses, et de comprendre comment une côte rocheuse se fossilise lorsqu’elle est soulevée. Cela nous permet de mieux documenter les mouvements verticaux le long des côtes du monde, ce qui intéresse l’axe I (TeR).

EXEMPLE : les isotopes cosmogéniques pour mesurer la vitesse de recul des falaises
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Une nouvelle méthode, basée sur la mesure des isotopes cosmogéniques sur la plateforme d'abrasion marine qui s'étend au pied des falaises du Tréport a permis mesurer la vitesse moyenne de retrait de la falaise au cours des 3000 dernières années.

Référence : V. Regard, T. Dewez, D.L. Bourlès, R.S. Anderson, A. Duperret, S. Costa, L. Leanni, E. Lasseur, K. Pedoja, G.M. Maillet, 2012. Late Holocene sea-cliff retreat recorded by 10Be profiles across a coastal platform: theory and example from the English Channel. Quaternary Geochronology, 11, 87-97

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