Glissements de terrain et érosion des chaînes de montagnes : étude de cas dans l'Himalaya central

par Florian Gallo

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Jérôme Lavé et de Christian France-Lanord.

Le président du jury était Stéphane Bonnet.

Le jury était composé de Christophe Andermann, Vincent Godard.

Les rapporteurs étaient Stéphane Bonnet, Jean-Philippe Malet.


  • Résumé

    L'évolution des paysages est au coeur d'un système complexe d'interactions entre les phénomènes tectoniques, climatiques et érosifs. Si le contrôle principal du climat sur les taux d'érosion est encore sujet à débat, les régions montagneuses restent un milieu particulièrement sensible aux modifications climatiques. Pour mieux appréhender ces liens en milieu montagneux et le contrôle des processus d'érosion, il est nécessaire de comprendre et de quantifier l'importance de chaque phénomène érosif dans l'évolution des paysages. Parmi ceux-ci, les glissements de terrain sont un phénomène brusque, imprévisible et souvent catastrophique pouvant mobiliser des volumes rocheux considérables. De nombreux travaux suggèrent d'ailleurs que les glissements constituent le principal agent de l'érosion des pentes dans les vallées non englacées de l'Himalaya. L'objectif de cette thèse est de mieux appréhender l'évolution et la dynamique des glissements de terrain de l'Himalaya central et leur rôle dans l'érosion de cette chaîne de montagnes, sur une large échelle de temps. Ces travaux ont été menés selon 3 axes principaux imbriqués spatialement et temporellement. Le bassin de la Khudi Khola, au Népal central, présente un large glissement de terrain, actif depuis plusieurs décennies. Cette particularité nous a permis d'étudier en détail ce glissement, dans un contexte d'érosion intense, au jour le jour, à l'échelle d'une mousson et sur plusieurs décennies. L'histoire du glissement de Saituti a été reconstituée grâce à l'analyse d'images satellite et aériennes. Une activité continue, bien que variable, du glissement depuis près d'un demi siècle a pu être observée. L'estimation des volumes de sédiments produits par le glissement a permis de mettre en évidence la place prépondérante de cette structure érosive dans l'érosion totale du bassin au cours des dernières années, voire des dernières décennies. La dynamique quotidienne des mouvements au sein du glissement associée à l'export des sédiments par le réseau de drainage ont également été observés. Il apparaît un découplage entre les mouvements de terrain, donc la production de sédiments, qui sont contrôlés par le niveau de nappe, et l'export du matériel par la rivière, dépendant du débit de surface. Une fois initiés, les mouvements se poursuivent durant toute la période de mousson, mais seuls les épisodes pluvieux importants permettent un transport efficace du matériel produit à la rivière. Les flux annuels de matière en suspension dans la rivière ont également pu être estimés et s'accordent au premier ordre avec les volumes créés par le glissement. Ces résultats suggèrent également le rôle principal du glissement de Saituti dans l'érosion de la vallée. A l'échelle de l'Himalaya central, l'activité des glissements au cours de la dernière décennie témoigne d'une domination de l'érosion par des événements majeurs, de l'ordre de plusieurs millions de mètres cubes, similaires à celui de Saituti. Cette étude montre qu'à moyen terme, de tels glissements peuvent influencer très fortement les concentrations en isotopes cosmogéniques des sables de rivières dans les bassins versants de taille intermédiaire (quelques centaines de km2). La concentration de ces sables apparaît principalement dépendante de la date et de l'amplitude du dernier événement majeur de glissement. Dans ces environnements, les taux de dénudation déterminés par l'utilisation des isotopes cosmogéniques doivent être interprétés avec beaucoup de précaution. Ainsi, l'activité, possiblement continue, de quelques glissements de terrain peut exercer une influence majeure sur l'érosion des vallées de l'Himalaya central. Ce facteur doit être pris en compte dans l'analyse des processus érosifs ainsi que dans les modèles d'évolution des paysages, à court et moyen terme

  • Titre traduit

    Landslides and erosion of mountain ranges : Case study in Central Himalayas


  • Résumé

    Landscape evolution is at the heart of a complex system of interactions between tectonics, climate and erosion. While the influence of climate on erosion rates is still debated, mountainous areas are a priori particularly sensitive to climatic changes. In order to better understand these interactions, it is of fundamental importance to quantify the importance of each erosion process, in addition to their sensitivity to rainfall. Among the erosion processes, landslides represent a major, unpredictable and often catastrophic, phenomenon that can involve considerable volumes of rocks. Many previous works have shown that landslides are the primary agent of hillslope erosion in the unglaciated valleys of the Himalayas. From this point of view, the aim of this work is to better constrain landslide evolution and dynamics in the central Himalayas, and their role in the erosion of this mountain range, on different timescales. The Khudi Khola catchment, in central Nepal, displays a large landsliding zone that has been active for several decades, in a context of intense erosion. This characteristic provides the opportunity to study this landslide in detail, from timescales ranging from an hour to several decades. The Saituti landslide history was reconstructed from analysis of satellite and aerial images. A continuous, but variable, activity of the landslide has been observed for almost a half century. Estimates of sediment volumes produced by the landslide highlight the dominant role this erosive structure plays in the overall catchment erosion over the last few years and possibly for the past few decades. Indeed, the landslide-induced erosion rates are in the same range as the total erosion rates, i.e. around 2.5 mm/y. The daily dynamics of the landslide were also studied, as well as the sediment export to the drainage network. The results highlight a decoupling between the displacements and the sediment production within the landslide, and the export of sediment to the river. The baseflow level primarily controls these displacements, while the export is more dependant on the runoff discharge that follows rainfall peaks. Once the slide is set in motion, it keeps moving during the whole monsoon period. However, only intense rainfall events result in an efficient transport of sediment to the river. The annual flux of suspended load were estimated at the Khudi mouth, these roughly agree with the volumes of landslide material. These results confirm the dominant role of the Saituti landslide in the overall catchment erosion and suggest rapid export of the landslide sediment to the river mouth. On the scale of the entire central Himalayas, landslide activity over the last decade highlights a deficit of landslides, compared to independent estimates of secular denudation rates. Nevertheless, this activity is dominated by major events, in the range of several millions cubic metres, such as the Saituti one. The stochastic nature of landslides influences the variability of sediment fluxes in the river. However, this study also highlights that, in medium-sized catchments (around a few hundred square kilometres) such landslides may strongly influence the median concentration of cosmogenic nuclides in river sands. This concentration seems to be primarily dependant on the date and on the magnitude of the last major slide event. In such environments, secular denudation rates estimated from cosmogenic nuclides need to be interpreted very cautiously. The (possibly) long-lasting activity of a few large landslides can then strongly influence the erosion of the Himalayan valleys. This parameter should be taken into account in studies of short- to mid-tem erosion processes as well as in landscape evolution models generally.


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