Pénéplanation et dynamique de la lithosphère dans les Pyrénées

Peneplanation and deep dynamics in Pyrenees

• Auteur / Autrice : Gemma de Vicente i Bosch
• Direction : Jean Van Den Driessche
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre
• Date : Soutenance le 09/12/2016
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences de la matière (Rennes ; 1996-2016)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lithosphère

Isostasie

Érosion

Pyrénées

Pénéplaines

Mots clés libres

Pyrénées

Érosion

Pénéplanation

Moho

Isostasie

Lithosphère

Pyrenees

Erosion

Peneplanation

Deep dynamics

Résumé

Les surfaces à très faible relief localisées en altitude, observées dans un certain nombre de chaîne de montagnes, sont classiquement interprétées comme des reliques de pénéplaines post-tectoniques. Leur altitude est souvent interprétée comme une quantification directe du soulèvement de la surface terrestre. Une interprétation alternative récente propose que ces surfaces soient les reliques d’une pénéplaine qui se développe en altitude en raison de la remontée progressive du niveau de base efficace du système de drainage des chaînes de montagnes et de l’inhibition consécutive de l’érosion de celles-ci au cours de leur construction. Les deux interprétations impliquent des dynamiques lithosphériques radicalement différentes. Cette étude porte sur l’exemple emblématique de la chaîne des Pyrénées, où ces deux hypothèses du développement de la pénéplaine pyrénéenne du Miocène moyen sont toujours confrontées. Dans un premier temps, une nouvelle méthodologie de cartographie a été développée pour reconstituer la morphologie de la chaîne à cette époque à partir des surfaces à faible relief et haute altitude actuelles. Dans un second temps, les épaisseurs crustale et lithosphérique ont été déterminées à partir d'une approche simple qui tient compte des densités et des paramètres thermiques de la lithosphère et suppose que la chaîne est en équilibre isostatique et thermique. La comparaison entre la pénéplaine reconstituée et les épaisseurs crustale et lithosphérique sous la chaîne montre que la racine crustale est préservée sous la pénéplaine dans l'ensemble des Pyrénées, et que la croûte épaissie s’amincit de façon progressive jusqu'à disparaître en Méditerranée, entraînant une diminution proportionnelle de l’altitude de la pénéplaine. La comparaison des épaisseurs crustales modélisées avec des densités normales et les épaisseurs résultant des données sismiques montrent que l'altitude actuelle de la chaîne est compensée isostatiquement au niveau de la lithosphère. Ces résultats écartent l’hypothèse d'une surcompensation de la racine crustale des Pyrénées ainsi que celle d'un soulèvement post-tectonique de 2000 m, de Miocène supérieur au Plio-Quaternaire, de la chaîne tel que proposé précédemment. Ils confirment par contre l’hypothèse d’un développement en altitude de la pénéplaine pyrénéenne Miocène moyen.

High-elevation, low-relief surfaces in mountain belts is classically interpreted as remnants of post-tectonic peneplains. Their elevation is often used to quantify the uplift of the Earth’s surface. A recent alternative interpretation propose that these surfaces are the remnants of a peneplain that develops at high elevation, due to the progressive rise of the efficient base level of the drainage system in mountain belts, and to the resulting inhibition of erosion during the mountain belts building. The two interpretations involve radically different lithosphere dynamics. The present study is concerned with the emblematic case of the Pyrenees, where the two hypotheses concerning the development of the mid-Miocene Pyrenean peneplain are opposed. First, a new mapping methodology has been developed to restore the morphology of the chain during the mid-Miocene from the present-day high-elevation, low-relief surfaces. Second, the crust and lithosphere thicknesses have been determined using a simple approach that takes into account the densities and the thermal parameters within the Pyrenean lithosphere, and assuming local isostasy and thermal equilibrium. The comparison of the restored peneplain with the crustal and lithosphere thicknesses below the Pyrenees shows that the crustal root is preserved beneath the peneplain in the whole Pyrenees, and that the crust thickness progressively decreases to the east, up to its complete disappearance of the in the Mediterranean, and resulting in the proportional lowering of the peneplain elevation. The comparison of the crust and lithosphere thicknesses, using normal densities, with the crust and lithosphere thicknesses deduced from seismic data shows that the presented elevation of the chain is isostatically compensated at lithosphere level. These results refute the previous hypothesis of an overcompensation of the crustal root beneath the Pyrenees, as well as the previous hypothesis of a 2000 m post-tectonic, upper Miocene to Plio-Quaternary of the chain. They favor in return the interpretation of the development of the mid-Miocene Pyrenean peneplain at high elevation.