Déformation Holocène de l’Himalaya du Bhoutan : apport de la géomorphologie et de la paléosismologie

par Romain Le Roux-Mallouf

Thèse de doctorat en Géosciences

Sous la direction de Rodolphe Cattin et de Matthieu Ferry.

Soutenue le 10-11-2016

à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec Géosciences (Montpellier) (laboratoire) .

Le président du jury était Mustapha Meghraoui.

Le jury était composé de Rodolphe Cattin, Matthieu Ferry, Mustapha Meghraoui, Peter van der Beek, Jérôme Lavé, Laurent Bollinger.

Les rapporteurs étaient Mustapha Meghraoui, Peter van der Beek.


  • Résumé

    La chaîne Himalayenne est l'un des exemples les plus spectaculaires de déformation active à la surface de notre planète. Au cours des derniers siècles, de nombreux séismes majeurs (Mw > 7.5) ont affecté cette zone et le lourd bilan humain du séisme de Gorkha en 2015 a une nouvelle fois rappelé l’importance de parvenir à mieux estimer l’aléa sismique de cette région. Bien que les structures lithologiques et tectoniques semblent montrer au premier ordre une cylindricité le long des 2500 km de l'arc Himalayen, de nombreuses études, menées principalement au Népal, ont permis de mettre en évidence des variations latérales structurales, thermochronologiques, morphologiques, gravimétriques, sismologiques ou géodésiques. Le rôle de ces variations latérales sur la segmentation sismique reste cependant mal contraint. La taille maximale et la probabilité d’occurrence de ces méga-séismes sont donc toujours matière à débat.Ainsi, le comportement sismique de l’Himalaya du Bhoutan reste énigmatique. Pour certains les faibles taux de sismicité observés actuellement font de ce royaume une zone asismique de 350 km de long. Pour d’autres, à l’instar de l’Himalaya du Népal, la faible sismicité observée est associé à une forte accumulation de contrainte susceptible de générer des séismes majeurs. L'objectif de ce travail de thèse est d’améliorer notre connaissance de cette région en quantifiant la déformation à différentes échelles spatiales et temporelles via des études morphotectoniques et paléosismologiques.La première partie de cette thèse vise à quantifier les mouvements verticaux à l’ouest Bhutan et le long du Main Frontal Thrust, structure la plus frontale située au sud Bhoutan. Trois campagnes de terrain ont été réalisées permettant l'échantillonnage (1) de terrasses alluviales le long du front afin de quantifier et d'étudier les variations du soulèvement Holocène, (2) de bassins versants pour l'étude de la dénudation court-terme (< 20 ka) dérivée des cosmonucléides ($^{10}$Be) et (3) de terrasses alluviales dans le Moyen-Pays pour quantifier l’incision Holocène. Les vitesses verticales obtenues au front sont comparables à celle proposées le long du reste de l’arc himalayen, suggérant une cinématique relativement simple. Par contre, nos résultats indiquent une variation de la géométrie du chevauchement himalayen (Main Himalayan Thrust) entre l’est Népal et l’ouest Bhoutan.La seconde partie porte sur plusieurs études paléosismologiques le long du front ouest et centre Bhoutanais. Six sites différents ont été étudiés au cours de trois campagnes de terrain. La datation et la modélisation de charbons détritiques a permis de mettre en évidence l'occurrence d’au moins cinq séismes majeurs durant les derniers 2700 ans, faisant du Bhoutan une zone sismiquement aussi active que le Népal. A une échelle régionale, cette étude apporte donc de nouvelles contraintes et contribue au débat sur la possibilité d’occurrence d'un séisme de magnitude 9 le long de l'arc Himalayen.

  • Titre traduit

    Holocene deformation in the Bhutan Himalaya from geomorphic and paleoseismologic study


  • Résumé

    The Himalayan arc is one of the most active intra-continental mountain belts in the world. Over the last centuries, several major earthquakes (Mw > 7.5) have struck this arc. The dramatic effects of the Gorkha earthquake sequence in 2015 pointed once again the crucial need to improve seismic hazard assessment of this area.Geological explorations of the Himalayas since the late 19th century have emphasized a 2500-km-long roughly cylindrical structure, with striking continuity of main units and thrust faults. However recent geophysical and geological investigations have revealed lateral variations. The relationship between these variations and earthquakes segmentation along the arc remains poorly constraint. The maximum size and the occurrence probability of such earthquakes are still a matter of debate.For instance, the seismic behavior of Bhutan remains enigmatic. The present-day low seismicity rate observed in this area can reflect two opposite fault behaviors: an aseismic creeping zone or a zone of stress accumulation for future great earthquakes as the others parts of Himalayas. The main objective of this thesis is to bring new constraints on the deformation of the Bhutan Himalayas, at different space- and time-scales, through morphotectonic and paleoseismological approaches.The first part of this thesis focuses on the vertical deformation assessment along a N-S transect in western Bhutan and along the Main Frontal Thrust, which is the southern-most thrust in southern Bhutan. In the past three years, we have carried out three fieldwork campaigns to sample (1) frontal terraces to assess Holocene uplift rates, (2) watershed basins to quantify short term denudation rates (< 20 ky) derived from cosmonuclides $^{10}$Be and (3) hinterland alluvial terraces to quantify the Holocene incision rate. Frontal Holocene uplift rates obtained in Bhutan are consistent with those obtained in the others parts of Himalayas. Furthermore, our results reveal a variation in the geometry of the Main Himalayan Thrust between eastern Nepal and western Bhutan.The second part focuses on several paleoseismic studies along the west and central bhutanese Himalayan front. Different sites were investigated during three fieldwork campaigns. Detritic charcoals sampling and modeling suggest the occurrence of at least five surface-rupturing earthquakes during the last ~2700 years. These results demonstrate that the present-day low seismicity rate observed in Bhutan is not representative of the seismic activity at longer time scale. At regional scale, they also take part of a broader discussion on the probability of occurrence of a magnitude 9 earthquake along the Himalayan arc.


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