Évolution géomorphologique des systèmes couplés montagne-piedmont : modélisation numérique et expérimentale de l’impact du climat et étude de l’incision du piedmont ouest andin (canyons de Chiza et Tana, Chili)

Un changement climatique peut déclencher à la surface de la Terre un processus d’érosion qui modifie la topographie. À son tour, le relief peut représenter une barrière topographique a la circulation atmosphérique causant des précipitations orographiques. Pour comprendre cette interaction et cette rétro-action complexe entre le climat et l’érosion, il est important de déterminer comment, pourquoi et quand le relief a changé dans le passé et comment ce forçage climatique est enregistré dans les paysages d’érosion. Dans cette étude, nous présentons les résultats de trois méthodologies qui permettant d’aborder l’effet du changement climatique sur l’évolution topographique et la dénudation du paysage sur des échelles de temps longues et intermédiaires (10⁴ – 10⁶ ans). Dans un premier temps nous avons étudié l’effet des précipitations orographiques sur une montagne en surrection par la modélisation numérique à l’aide du modèle d’évolution du paysage CIDRE. Les modèles numériques ont révélé que l’altitude du pic de précipitation semble être un facteur crucial qui contrôle la dénudation et l’histoire topographique de la montagne. Un pic de précipitation situé à une basse ou moyenne altitude peut produire un pic ou une accélération de la dénudation, tandis qu’un pic de précipitation au sommet de la montagne limite la croissance de celle-ci mais n’affecte pas l’historique de la dénudation. Ces résultats numériques montrent qu’il est possible de produire un pic ou une accélération de la dénudation en l’absence de variations climatiques ou tectoniques. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l’effet des variations cycliques des taux de précipitation sur un système expérimental couplant montagne et piémont, en considérant une périodicité qui pourrait correspondre à un forçage climatique sur une échelle de temps intermédiaire (10⁴ – 10⁵ ans). Nos travaux ont portés plus particulièrement sur la définition des conditions qui déterminent le passage du dépôt à l’incision dans le piémont. Nous montrons qu’il y a deux conditions nécessaires à l’incision. Premièrement, le rapport entre le débit d’eau et le flux sédimentaire induit par les variations de précipitations doit générer une baisse de la concentration en sédiment transporté à la sortie des bassins versants. Deuxièmement, les changements de cette concentration n’entraînent l’incision que lorsque la pente moyenne du piémont, qui est inversement dépendante du taux moyen de précipitation, est supérieure à une valeur seuil. Nous proposons enfin un diagramme de phase qui synthétise la façon dont la relation entre la pente du cône et la concentration en sédiments contrôle le passage du dépôt à l’incision dans le piémont. Enfin, pour comprendre comment l’incision évolue, et les facteurs qui contrôlent l’élargissement de la vallée, nous nous sommes concentrés sur la caractérisation géomorphologique de deux canyons situés dans le nord du Chili. Pour la première fois, nous utilisons la concentration de l’isotope cosmogénique ¹⁰Be mesurée dans des dépôts colluviaux au pied des versants de la vallée pour quantifier les variations longitudinales du taux d’érosion des  flancs de vallées. Nous avons observé une relation inverse entre le taux d’érosion des flancs et la largeur de la vallée permettant de déduire que la mobilité latérale du canal est le facteur de premier ordre contrôlant l’élargissement de la vallée. Les principaux résultats de cette thèse mettent en évidence le rôle du climat dans l’évolution du paysage à différentes échelles de temps.