Surface processes and deformation in orogenic settings : quantification and modeling

par Philippe Steer

Thèse de doctorat en Terre, Océan, Espace. Géosciences

Sous la direction de Rodolphe Cattin et de Jérôme Lavé.


  • Résumé

    L'incision des rivières est un processus clé contrôlant l'érosion des paysages. L'efficacité de l'incision est principalement influencée par le climat et par l'érodibilité. La possibilité de mesurer in-situ l'érodibilité avec un marteau de Schmidt (R) est évaluée pour Taiwan, les grès d'Annot et la zone de faille de St Clement. Les résultats suggèrent un fort contrôle de R par les propriétés équivalentes. Un modèle basé sur la théorie des milieux équivalents, est appliqué à une zone de faille avec une résolution inégalée (750 mesures, 25 mesures par mètre carré). Le modèle permet de corréler avec succès la densité de fracture et R. Ces résultats démontrent empiriquement que l'érodibilité est sensible à la densité et à la nature des fractures. Par ailleurs, plusieurs outils numériques sont développés. Un formalisme 1D d'évolution des paysages avec une approche stochastique est proposée ainsi qu'un nouvel algorithme de remaillage appelé Surface Lagrangian Remeshing permettant d'inclure l'érosion dans les codes numériques 2D aux éléments finis. Le modèle est appliqué à l'évolution post-orogénique des chaînes de montagnes. Les taux observés de décroissance topographique et de diminution du rapport de l'élévation de surface sur l'épaisseur de racine crustale sont reproduit. Ce nouveau modèle met en évidence le contrôle du climat et de l'érodibilité sur la décroissance topographique, et de la rhéologie lithosphérique sur la persévérance des racines crustales.


  • Résumé

    River incision is a key process controlling landscapes evolution. Efficiency of incision is mainly influenced by climate and soil erodibility. The possibility of measuring erodibility in-situ with a Schmidt hammer (R) is evaluated for Taiwan, the Annot sandstones and the fault zone of St Clement. The results suggest a strong control of R by rocks effective properties. A model based on the theory of equivalent media, is applied to a fault zone with unmatched resolution (750 measures, 25 steps per square meter). The model successfully correlates the density of fractures and R. These results empirically demonstrate that erodibility is sensitive to the density and nature of fractures. Ln addition, several numerical tools are developed. A 1D formalism of landscape evolution with a stochastic approach is proposed as weIl as a new remeshing algorithm called Surface Lagrangian Remeshing, dedicated to erosion in 2D numerical codes with finite elements. The model is applied to the post-orogenic evolution of mountain ranges. The observed rates of topographie decay and decrease of the ratio of surface elevation to crustal root thickness are reproduced. This new model highlights the control of climate and erodibility on the decay of topography, and lithospheric rheology on the perseverance of crustal roots.

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Informations

  • Détails : 1 vol. (X-217 p.)
  • Annexes : Bibliogr. p. 195-213

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  • Bibliothèque : Université Paris-Sud (Orsay, Essonne). Service Commun de la Documentation. Section Sciences.
  • Disponible pour le PEB
  • Cote : 0g ORSAY(2010)299
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