Late Quaternary Seismicity and Climate in the Western Nepal : Himalaya

par Zakaria Ghazoui

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

Sous la direction de Peter van der Beek et de Sébastien Bertrand.

Le président du jury était Jean-Robert Grasso.

Le jury était composé de Marc De Batist, Monique Fort.

Les rapporteurs étaient Flavio Anselmetti, Rodolphe Cattin.

  • Titre traduit

    Sismicité et climat de la fin du Quaternaire dans l'Himalaya du Népal occidental


  • Résumé

    L'Himalaya résultant de la collision indo-asiatique, dans laquelle l'Inde plonge sous le Tibet, initie régulièrement des tremblements de terre destructeurs dont la plupart sont mortel pour les communautés népalaises et limitrophes. Telle une muraille séparant les plaines d’Inde et le haut plateau du Tibet, l’Himalaya façonne la circulation atmosphérique, affectant tant le climat régional que global. Cette thèse vise à se pencher sur l'histoire et l'évolution peu connue du climat et de la sismicité de l'Himalaya, dans une des régions les moins peuplées et la plus reculées du Népal occidental. Dans le contexte de changements climatiques et environnementaux, l'un des aspects les moins bien élucidés de l'histoire de l'Himalaya au cours du Quaternaire supérieur est celui de l'extension des glaciers ainsi que leurs impacts sur l'évolution du paysage. En nous appuyant sur des observations de terrain, sur des datations par nucléides cosmogéniques (10Be) ainsi que des observations satellitaires, nous avons pu estimer l'étendue maximale des glaciers durant le dernier maximum glaciaire. Soutenant ainsi l'hypothèse suivant laquelle la présence de glacier fut relativement plus étendue à l'échelle du Népal occidental mais pas de l’ordre d’une calotte glaciaire. Sur le plan sismologique, l’enjeu à la fois sociale, économique et politique de l’occurrence d’un séisme de magnitude plus élevée que le récent séisme de 2015 dont l’épicentre se situe près de la ville de Gorkha constitue une préoccupation majeure et motive en grande partie cette thèse. Le dernier séisme majeur ayant rompu le Main Frontal Thrust de magnitude supérieure à 8 (Mb) s’est déroulé le 6 juin 1505 et a considérablement impacté la population népalaise et environnante. Le caractère singulier du Népal occidental s’exprimant ainsi par l’hypothèse de la présence d’un hiatus sismique s’étendant sur plus de 500 ans sur base d’archives historiques et d’études paléosismologiques. Dans cette perspective, cette thèse se penche sur deux questions majeures relatives au comportement sismique de l'Himalaya : d'une part, l'hypothèse d'une lacune sismique dans l'Himalaya central et, d'autre part, de la distribution temporelle des séismes au cours de la fin du Quaternaire. A cette fin, une nouvelle approche de recherche, indépendamment du recours aux tranchées paléosismiques, a été mise en œuvre en Himalaya. En utilisant les lacs comme paleoseismomètre, au travers de la collecte de carottes sédimentaires, nous avons pu affiner la résolution temporelle et déceler des séismes à ce jours non répertorié dans les basses de données accessible et ce sur une échelle de 700 ans. La mise en évidence de séismes important (Mw>6.5) non répertorié indique que le Népal occidental connait une activité sismique comparable au centre du Népal et remet en question l’hypothèse d’un gap sismique au centre de l’Himalaya. Sur base d'une carotte sédimentaire plus longue provenant du même lac, nous avons étudié la distribution temporelle des séismes sur une période de 6000 ans, permettant ainsi de mettre en évidence le caractère aléatoire de l’occurrence des séismes constituant un changement de paradigme là où notion de cycle sismique est encore prépondérante. La mise en évidence du caractère aléatoire de l’occurrence des séismes tant à courte échelle de temps (instrumentale) qu’à l’échelle du Quaternaire infirme l’hypothèse du gap sismique au centre de l’Himalaya et mets en évidence le risque permanent pour le million de personnes concernées. Cette thèse s’achève en se penchant sur une possible relation à l’échelle globale entre la variation de taux de séismicité et les changements climatiques au cours de l’Holocène. Nous constatons ainsi que la sismicité globale connu des périodes de séismes accrue sur 7000 ans. Ces périodes de plus fortes activités semblent être synchrone avec la somme des avancées glaciaires de l'Holocène moyen et supérieur.


  • Résumé

    The Himalayan collision, in which India underthrusts below Tibet, regularly produces major destructive earthquakes in Nepal and its neighboring countries, most of which are fatal to nearby communities. As a wall dividing the Indian plains and the Tibetan plateau, the Himalaya also significantly modifies the atmospheric circulation, affecting both the local and global climate. This thesis explores the poorly known Quaternary history and evolution of Himalayan climate and seismicity, more particularly in the least populated and most remote region of Western Nepal. In terms of climate and environmental change, one of the least understood aspects of Himalayan history during the late Quaternary is the extension of glaciers and their impacts on landscape evolution. Based on field observations, cosmogenic nuclide dating (10Be) and satellite observations, we estimated the maximum extent of glaciers during the Last Glacial Maximum, which supports the hypothesis of a relatively large glacier cover, but not of an extended ice cap, at the scale of Western Nepal. In terms of seismology, the social, economic and political implications of the occurrence of an earthquake of higher magnitude than the recent earthquake of 2015, whose epicenter is located near the city of Gorkha, is a major concern and largely motivates this thesis. The last major earthquake of magnitude greater than 8 (Mb) took place on 6 June 1505 and had a profound impact on the Nepalese population and the surrounding area. In Western Nepal the 1505 event was the last earthquake that ruptured the Main Frontal Thrust according to historical archives and paleoseismological studies, which gave rise to the concept of a seismic gap in western Nepal and adjacent areas in northern India. With this in mind, this thesis addresses two major issues on the Himalayan seismic behavior: on the first hand is the hypothesis of a seismic gap in the central Himalaya and on the second the temporal distribution of earthquakes during the late Quaternary. For this purpose, a new research approach independent of paleoseismic trenches was applied in the Himalaya. By using lakes as paleoseismometers, we were able to refine the temporal resolution and identify earthquakes that had not yet been documented in the accessible databases on a 700-year scale. Our results from Lake Rara highlight significant previously-unknown earthquakes (Mw>6.5) and they reveal that Western Nepal is seismically as active as central Nepal. Furthermore, they call into question the hypothesis of a seismic gap in the central Himalaya. Based on a longer sediment core from the same lake, we studied the temporal distribution of earthquakes over a period of 6000 years, which has highlighted the random nature of the occurrence of earthquakes, constituting a paradigm shift where the notion of seismic cycle is still prevalent. The random nature of the occurrence of earthquakes both on short (instrumental) and Quaternary time scales disproves the hypothesis of the seismic gap in the central Himalaya and underlines the permanent risk for the million people of concern. The final part of this thesis addresses the possible global relationship between seismic rate fluctuations and climate change during the Holocene. Our results show that the global seismicity clustered over 7000 years and appears to be synchronous with the sum of glacial advances through the Mid and Late Holocene.


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