Terre de Feu : interactions entre tectonique et climat à la terminaison sud de l'Amérique

par Sandrine Roy

Projet de thèse en Sciences de la Terre et de l'Univers et de l'Environnement

Sous la direction de Joseph Martinod et de Ricardo Vassalo.

Thèses en préparation à Grenoble Alpes , dans le cadre de Terre, Univers, Environnement , en partenariat avec Institut des Sciences de la Terre (laboratoire) depuis le 01-10-2017 .


  • Résumé

    La Terre de Feu et le Passage de Drake qui sépare le continent sud-américain de la péninsule Antarctique constituent des régions privilégiées pour comprendre les interactions entre tectonique et changement climatique, ceci à plusieurs échelles de temps. D'une part, l'ouverture à l'Oligocène d'un passage entre les 2 continents a permis la mise en place du courant circumpolaire, entraînant l'isolement et favorisant le refroidissement du continent austral. D'autre part, la Terre de Feu (de 52° à 56° de latitude Sud) constitue un endroit unique pour étudier les étapes qui ont marqué la fin de la dernière glaciation au niveau des "cinquantièmes hurlants". Enfin, la Terre de Feu se situe à l'extrémité la plus méridionale de la Cordillère des Andes, en bordure de 3 grandes plaques tectoniques : la plaque Antarctique qui passe en subduction sous les Andes australes, la plaque Amérique du Sud, et la plaque Scotia dont la formation a débuté avec l'ouverture du Passage de Drake et s'est achevée au début du Pliocène. Le mouvement de coulissage sénestre qui se produit aujourd'hui entre les plaques Scotia et Amérique du Sud est principalement accommodé par la Faille du Détroit de Magellan et sa prolongation vers l'ouest, la Faille du Lac Fagnano. Ce système de failles est responsable du séisme de 1949 de magnitude 7,5, et d'un séisme de magnitude équivalente survenu en 1879. L'évolution géologique de cette vaste région à cheval sur l'Argentine et le Chili reste mal connue, en dépit de son intérêt et d'infrastructures routières qui se sont largement développées au cours des 20 dernières années. L'objectif du travail de thèse proposé consiste à quantifier précisément l'activité géologique Quaternaire de cette région, ainsi que ses liens avec l'évolution géologique survenue depuis l'ouverture du Passage de Drake. Une grande partie de la Terre de Feu a été recouverte par des glaciers descendant de la Cordillère lors du dernier maximum glaciaire. Cet épisode est largement responsable de la morphologie actuelle de cette région, dominée par des dépôts et des formes d'érosion d'origine glaciaire. Aujourd'hui, les glaciers recouvrent encore une bonne partie de la Cordillère de Darwin. Malgré la jeunesse de cette morphologie, la trace en surface de la faille du Lac Fagnano apparait clairement à l'affleurement. Nous proposons dans un premier temps de caractériser l'activité de cette faille à l'aide des méthodes géologiques et géophysiques que notre équipe maîtrise et qui a déjà été mise en œuvre dans des contextes géologiques similaires : - Mesure des déplacements accommodés par la faille à l'aide d'observations d'images satellitaires, de MNT, d'observations de terrain. Les marqueurs créés lors du retrait des glaciers (moraines, tourbières intercalées, polis glaciaires…) et décalés par les failles seront datés à l'aide d'analyses 14C et par isotopes cosmogéniques. Ces observations permettront d'obtenir des vitesses de déformation, et en parallèle, de préciser les étapes de recul des glaciers de cette région. - La présence de failles observées dans des formations superficielles récentes suggère un enregistrement sédimentaire de bonne qualité de la tectonique active. La réalisation de tranchées à travers ces failles actives permettra de mettre en évidence un calendrier des séismes anciens. - Utilisation de sondages et de profils sismiques lacustres dans le but d'observer des phénomènes de déstabilisation sédimentaires résultant de séismes et de préciser les fluctuations des taux de sédimentation sous l'effet des fluctuations climatiques. - Mesure des déformations actuelles par interférométrie radar, complétées de l'analyse de déplacements déduits de mesures GPS. Les vitesses actuelles déduites des données géodésiques seront comparées aux vitesses plus long terme estimées à partir des marqueurs géologiques décalés, afin de voir comment la tectonique régionale a accommodé les différentes étapes de formation de la plaque Scotia, et comment elle a été affectée par le recul de la calotte glaciaire. - Toutes ces observations seront replacées dans le contexte géologique régional, afin de mettre en évidence les changements de régime tectonique survenus depuis le début de l'ouverture du Passage de Drake et la surrection de la Cordillère de Darwin. Afin de mettre en œuvre ce programme, nous bénéficions d'excellents contacts avec des collègues tant en Argentine (M. Ghiglione, Université de Buenos Aires) qu'au Chili (J. Cortés, Université de Concepción ; G. Aguilar, Université du Chili à Santiago, etc…) avec lesquels nous avons conduit des programmes scientifiques bilatéraux qui fonctionnent depuis plusieurs années.

  • Titre traduit

    Tierra del Fuego: Interaction between tectonics and climate in the southern end of America


  • Résumé

    Tierra del Fuego and the Drake Passage that separates South America from the Antarctic Peninsula are key areas to understand interactions between climate and tectonics, at different time-scales. The Oligocene opening of the passage between the Antarctic continent and South America resulted in the appearance of the circumpolar current that isolated the southern continent and favored its cooling. On the other hand, Tierra del Fuego (52° - 56°S) is a unique place in the world to study the episodes that marked the end of the last glaciation at that latitude. Tierra del Fuego is located at the southern end of the Andean Cordillera, close to 3 major tectonic plates: the Antarctic Plate subducting beneath the Andes, the South American Plate, and the Scotia Plate whose formation began following the opening of the Drake Passage and terminated in the Early Pliocene. The present-day sinistral strike-slip motion between the Scotia Plate and South America is mainly accommodated by the Magellan Fault and its westward continuation (the Lago Fagnano Fault). This fault system accommodated the 1949 earthquake (M=7.5) and another earthquake of similar magnitude that occurred in 1879. The proposed work consists of quantifying the Quaternary geological activity of this region, and its relationships with the older geological evolution that occurred since the opening of the Drake Passage. A large part of Tierra del Fuego has been covered by glaciers coming from the Cordillera during the Last Glacial Maximum (LGM), explaining why the present-day morphology of the island is dominated by deposits and erosion patterns resulting from the glacial activity. Despite this young morphology, the Lago Fagnano Fault is clearly marked within superficial deposits. We propose to characterize its tectonic activity using the geological and geophysical methods we already implemented in similar geological contexts: - Measurement of displacements accommodated by the fault using satellite imagery, digital elevation models, field observations. Morphological structures resulting from glacial activity (moraines and intercalated peat bogs …) deformed by faults will be dated using 14C analyses and cosmogenic isotope measurements, in order to obtain velocities of deformation and to better date the retreat of glaciers following the LGM. - Faults being observed in recent superficial formations suggest that a record of the active tectonics and earthquakes has been preserved. We propose to realize trenches crossing fault traces to date paleo-earthquakes. - Sediment cores and seismic profiles realized in Lago Fagnano will be used to look at sedimentary remobilization resulting from earthquakes, and to study how climatic changes modified sediment fluxes. - Radar interferometry, together with displacements deduced from GPS networks, will show the present-day surface deformations. Present-day kinematics will be compared to long-term velocities deduced from the observation of geological markers, in order to see how plate reorganization modified the regional strain pattern, and to observe a possible impact of deglaciation on the tectonic activity of the fault system. - All these observations will be interpreted considering the long-term geological context, to evidence the changes in tectonic activity that resulted from successive plate reorganization following the opening of the Drake Passage. We already collaborate with South American scientific teams both in Argentina (M. Ghiglione, Buenos Aires University) and Chile (J. Cortes, Concepcion University; G. Aguilar, Chile University in Santiago) through several scientific programs. This thesis project will be effectuated in close collaboration with scientists from these two countries.