Structure et dynamique des prismes orogéniques : une approche pluridisciplinaire sur le cas Himalaya

par Jonathan Mercier

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

Sous la direction de Jean Braun et de Peter van der Beek.

Soutenue le 03-12-2014

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale terre, univers, environnement (Grenoble) , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (Grenoble) (laboratoire) .

Le président du jury était Stéphane Guillot.

Le jury était composé de Philippe Yamato, Djordje Grujic.

Les rapporteurs étaient Rodolphe Cattin, Laurent Godin.


  • Résumé

    Cette thèse s'intéresse à la dynamique des prismes orogéniques à travers l'étude du cas Himalayen. J'ai utilisé une approche pluri-disciplinaire combinant modélisation numérique, cartographie de terrain, analyse structurale et microstructurale, thermochronologie Ar-Ar et détermination des pics de température métamorphique par RSCM (Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material).La modélisation numérique m'a permis d'apporter des contraintes sur les paramètres contrôlant la géométrie actuelle de la chaine. A la suite de cette étude, je propose que les variations latérales observées le long de la chaîne Himalayenne soient générées par la combinaison de deux mécanismes : 1) l'advection asynchrone d'une rampe crustale sous le Moyen Pays Himalayen le long de différents segments, qui entraine la présence et le déplacement de la transition topographique le long de la chaîne; 2) des variations dans le contraste rhéologique entre le plateau du Tibet et la croûte continentale Indienne, qui controlent la formation des klippes et influence la largeur de la chaîne.Le travail de terrain a permis d'apporter des données sur une zone jusqu'alors peu documentée de l'Ouest Népalais. Les observations réalisées, ainsi que les analyses effectuées sur les échantillons rapportés de cette campagne de terrain, m'ont amené à proposer une nouvelle coupe géologique pour cette zone. L'existence du “lesser Himalayan Duplex”, jusqu'alors utilisé pour expliquer cette zone, est ainsi discuté ainsi que la géométrie et la signification du “Ramgarh Thrust”.Par ailleurs, un code de modélisation numérique a été développé afin d'étudier les mécanismes thermiques ayant lieu dans la croûte continentale en cours de migmatisation. Ce modèle, appliqué au massif métamorphique de El Oro en Equateur, nous a amené à mettre en évidence l'existence de mécanismes de convection crustale, lors de la migmatisation, dans cette région. Cette étude méthodologiquement proche de celle réalisée sur le prisme orogénique himalayen, apporte des contraintes sur la formation et la dynamique des plateaux continentaux.

  • Titre traduit

    Structure and evolution of orogenic wedges : a multidisciplinary study on the Himalayan case


  • Résumé

    This PhD focuses on the dynamics of orogenic wedges using the Himalayas as a case study. I used a multi-disciplinary approach combining numerical modeling, field mapping, structural and microstructural analysis, Ar-Ar thermochronology and metamorphic peak temperature estimation by RSCM (Raman Spectroscopy of Carbonaceous Material) to provide geometrical and timing constraints on the development and evolution of an upper-crustal scale nappe system.Numerical modeling provided the intuition on the parameters that control the current geometry of the belt. According to this study, I propose that along-strike variations observed along the Himalayan Belt are generated by two parallel mechanisms: 1) The asynchronous underthrusting of a crustal ramp beneath the Lesser Hiamalaya, responsible for the presence and displacement of the topographic transition observed along the belt; and 2) variations in the rheological contrast between the Tibetan Plateau and the colliding Indian continental crust, controlling the formation of klippes and the range width.The fieldwork campaign allowed us to bring new data on an area so far poorly documented: the far western Nepal. Field observations as well as analyses performed on samples collected during the field campaign led us to propose a new geological cross section for this area. The existence of the lesser Himalayan duplex, used so far to explain the structure of the belt in the Karnali River area (Western Nepal), is discussed as well as the geometry and tectonic significance of the Ragmarh thrust.In a parallel study, a numerical code has been developed in order to study the thermal behavior of a partially melted continental crust. This model, applied to the El Oro massif in Equator, led us to show the likely presence of crustal convection during partial melting for this area, in the Triassic. This study is similar to the one on the Himalayan orogenic wedge from a methodological point of view and brings new constraints on the formation and kinematics of continental plateau.


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