Impact du climat et de la tectonique sur l'évolution géomorphologique d'un piémont - Exemple du piémont Nord du Tian Shan depuis la fin du Pléistocène

Abstract

Rapporteurs : M. Philippe Davy, Mme Françoise Gasse Examinateurs : M. Christian France-Lanord, M. François Métivier Président du jury : M. Laurent LabeyrieA piedmont consists in the transition zone between a mountain range and its foreland basin. We studied the northern piedmont of Eastern Tian Shan (NW China), in order to describe the influence of climate and tectonics on this zone and to quantify observed surface processes. Tectonics induces a long-term signal by uplifting the range, giving rise to a sedimentary flow toward the piedmont, and through the development of a fold-and-thrust belt. Climate has a short-term influence because its evolution follows the main global climatic cycles with some local modifications. During glacial times, some material is eroded in the high range but it is difficult to export from there. Sediment transport becomes easy at the transition to the interglacial, so that large alluvial fans emplace in the piedmont around 12 ka BP. They are then deeply entrenched by the rivers with incision rates ranging from 1 to 2.5 cm/yr over the Holocene. During this phase, wide terraces are first abandoned. Then, valleys become narrows without stopping river incision. We propose a modeling for one of these rivers over the Holocene, and so intend to inverse the decreasing trend of riverbed gradient shown by topographic profiles of terraces. This approach suggests that river discharge was divided by 3 since the mid-Holocene. This study is supported by the analysis of the lake into which the piedmont rivers flow. The lake surroundings show evidence of ancient shorelines corresponding to Holocene lake-levels. The lake-level may have been 50 m higher than today, attesting that the lake area was 3 times larger than present one. We compute a lake hydrological balance for present and mid-Holocene conditions, respectively. This calculation shows that the river inflow was 2.6 higher at 6000 BP. From this two complementary studies, we conclude that Holocene climate was regionally much wetter than today, as paleoclimatic models had already shown but not quantified.Un piémont constitue la zone de transition entre une chaîne de montagnes et son bassin d'avant-pays. Tectonique et climat se partagent le contrôle de son évolution géomorphologique à toutes les échelles de temps. L'étude de l'exemple du piémont Nord du Tian Shan oriental (Nord-Ouest de la Chine) permet une description précise de ces influences, ainsi qu'une quantification des phénomènes majeurs observés. Le signal tectonique intervient sur le long terme, par le soulèvement actif de la chaîne qui induit un flux de matière vers le piémont, ainsi que par la migration de la déformation vers le bassin dzungar sous forme de plis d'avant-pays. Au contraire, le signal climatique se manifeste à court et moyen terme, suivant les grands cycles climatiques globaux plus ou moins nuancés à l'échelle régionale. En période glaciaire, le matériel érodé dans les bassins versants montagneux est difficilement exporté de la chaîne. Le transport est facilité à la transition vers l'interglaciaire, par l'augmentation brutale des flux d'eau qui provoque la mise en place dans le piémont de grands cônes alluviaux, abandonnés vers 12 \pm 2 ka BP. A partir de ce moment, les rivières s'encaissent profondément dans les cônes, à des taux d'incision moyens de 1 à 2.5~cm/an sur l'Holocène. Les terrasses d'abrasion abandonnées au cours de cette phase sont d'abord de largeurs plurikilométriques, puis les vallées se font de plus en plus étroites sans que les rivières ne cessent d'inciser. Nous modélisons l'évolution du profil d'une de ces rivières au cours de l'Holocène à partir de la théorie du transport de Bagnold, en cherchant à retrouver la décroissance des paléo-pentes du lit de la rivière observée à l'aide de la topographie actuelle des terrasses. Cette reconstruction nous mène à considérer que la largeur du lit varie peu, alors que sa sinuosité diminue pendant la progression de l'encaissement. Elle suggère en outre que le débit de la rivière a chuté d'un facteur 3 entre la mi-Holocène et l'actuel. Cette étude est complétée par l'exploitation de données de paléo-niveaux holocènes du lac exutoire du piémont. Des lignes de rivage repérées à plus de 50~m montrent en effet que le lac s'est étendu sur une surface triple de sa surface actuelle au début de l'Holocène. Le calcul de bilans hydrologiques pour les conditions actuelles et mi-holocènes atteste que les apports des rivières vers 6000~ans~BP étaient supérieurs d'un facteur 2.6 aux apports actuels. La synthèse de ces deux approches révéle que la région a connu pendant la première moitié de l'Holocène un climat beaucoup plus humide que l'actuel, dans une mesure jusqu'alors ignorée des reconstitutions paléoclimatiques