Exhumation et évolution du drainage himalayen depuis 15 Ma. Apport des archives sédimentaires

par François Chirouze

Thèse de doctorat en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Pascale Huyghe et de Matthias Bernet.

Soutenue le 14-01-2011

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de géodynamique des chaînes alpine (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Peter Van der Beek.

Le jury était composé de Pascale Huyghe, Matthias Bernet, Andy Carter, Arthur Vidard.

Les rapporteurs étaient Christian France-Lanord, Eduardo Garzanti.


  • Résumé

    Les variations latérales d'exhumation de l'Himalaya sont peu documentées, notamment dans la partie est. Dans ce mémoire, l'évolution de la chaîne himalayenne est étudiée à partir de trois coupes réalisées dans le bassin d'avant-pays mio-pliocène où l'âge des sédiments a été déterminé par magnétostratigraphie. La contribution des différents domaines sources ainsi que leur exhumation ont été définies par des analyses géochimiques (εNd) et de thermochronologie détritique (apatite et zircon). Dans la partie orientale, nos observations suggèrent que les surrections concomitantes du plateau du Shillong et du prisme Indo-Birman ont repoussé le Brahmapoutre vers 7 Ma le long du front de la chaîne himalayenne. Les résultats des analyses de thermochronologie détritique soulignent une dynamique et des vitesses d'exhumation (1,7 km/Ma) semblables à celles de la partie centrale de la chaîne, en dépit de précipitations plus intenses et malgré la présence du plateau du Shillong au sud qui pourrait avoir absorbé une partie du raccourcissement tectonique. En revanche, l'installation d'une exhumation contrastée semble légèrement plus tardive que dans la partie centrale et ouest de la chaîne. Enfin, ces travaux suggèrent qu'au niveau de la syntaxe orientale il a existé un temps de latence d'au moins 3 Ma avant l'installation d'une rétroaction tectonique-érosion dans le massif du Namche Barwa liée à l'installation d'un drainage transverse à la chaîne. Au sein même de la partie centrale de la chaîne des variations latérales d'exhumation ont été mises en évidence, notamment, la mise en place au Népal occidental d'une exhumation rapide, reconnue dès 13 Ma, alors que celle-ci semble plus tardive dans la partie orientale du Népal. L'étude de la coupe occidentale a montré que le réseau de drainage du paléo-Indus est stable dans le bassin d'avant-pays depuis le Miocène moyen. En revanche, la proportion de matériaux provenant de l'Himalaya augmente à partir du Pliocène et ceci de manière généralisée le long de la partie ouest de la chaîne, suggérant un changement drastique des conditions d'exhumation de la chaîne. L'exhumation de la chaîne himalayenne apparaît donc comme étant segmentée latéralement. La mise en place d'une exhumation contrastée et diachrone le long de la chaîne ne semble donc pas liée à d'éventuels changements climatiques qui auraient affecté la chaîne de manière globale. La dynamique d'exhumation du prisme himalayen observée actuellement semble donc liée à des hétérogénéités de la croûte indienne, qui contrôlerait la mise en place des structures profondes de la chaîne.

  • Titre traduit

    Exhumation and drainage evolution of the Himalaya since 15 Ma


  • Résumé

    From west to east along the Himalayan range, exhumation rates are variable and remain poorly constrained for the most part, especially in the eastern part of the mountain belt. To better understand their variability and to determine the influence of climatic and tectonic control, this thesis investigates the evolution of the range thanks to samples collected from three sections located in the eastern, central and western parts of the Mio-Pliocene Himalayan foreland basin. In these sections, sediment depositional ages were determined using magnetostratigraphy. Sediment provenance and contribution of the main litho-tectonic source-rock units were identified using geochemical analyses (Nd), while exhumation rates were determined with detrital apatite and zircon thermochronology. In the eastern part of the Himalaya, our results from the Kameng section in Arunachal Pradesh suggest that the surface uplift of both the Shillong Plateau and the Indo-Burman range have pushed the Brahmaputra River to the north, in front of the Himalayan range at about 7 Ma. Miocene-Pliocene exhumation rates inferred from detrital thermochronology are on the order of 1.7 km/Myr for the fastest exhuming areas, which is close to the rates reported for the central part of the range. Therefore, the distribution of precipitation, as well as the Shillong Plateau uplift which may have modified the convergence rate between the Indian and Eurasian plates, seem to have minor influence on the exhumation of eastern Himalaya. However, the onset of contrasting exhumation seems to have begun somewhat earlier than in the western and central parts of the range. In addition, our results highlight a 3 Myr time-lag between the installation of the Brahmaputra as a trunk river in the eastern syntaxes, and the onset of a fast exhumation there. Within the central part of the Himalaya, our work along the Muksar section in eastern Nepal documents lateral variations in exhumation rates, as western Nepal has been exhuming rapidly since 13 Ma, whereas the onset of fast exhumation seems to have occured later in eastern Nepal. Our results from the Chinji section in Pakistan, in western Himalaya, suggest that the Indus drainage network in the foreland basin has been stable since the middle Miocene. However, the Himalayan source contribution has been increasing since the Pliocene all along the western part of the range, and this suggests that a drastic change in the exhumation dynamics of the range occurred at that time. The Himalayan exhumation seems to be divided into independent segments along the range. The lateral variability in exhumation rates and timing of changes in exhumation rates do not seem to be linked to climatic change, which should produce a global response of the range. The exhumation dynamics is more likely to be linked to the tectonics structuring the wedge, possibly controlled by the crustal heterogeneity within the Indian plate.

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