Un changement climatique peut déclencher une réaction à la surface de la Terre sous forme d'érosion, processus qui modifie la forme de la topographie. À son tour, le relief peut représenter une barrière topographique à la circulation atmosphérique causant des précipitations orographiques. Pour comprendre cette interaction et cette rétroaction complexes 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 abordent 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). Tout d'abord, 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 que si le pic de précipitation se trouve au sommet de la montagne, il limite la croissance de la montagne mais l'historique de la dénudation n'est pas affectée. 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 porté 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 transportés à la sortie des bassins versants. Deuxièmement, les changements de cette concentration n'entraînent l'incision que lorsque la pente moyenne du piémont, qui dépend inversement 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 de 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 vallée. 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. |
A climate change may trigger a response in the Earth’s surface in the form of erosion, process that change its topography shape. In turn, the relief can represent a topographic barrier to atmospheric circulation causing orographic precipitation. To understand this complex interaction and feedback between climate and erosion it is important to determine how, why and when the relief has changed in the past and how that climate forcing is registered in erosional landscapes. In this study we present the results of three methodologies that address the effect of climate change on the topographic and denudational evolution of the landscape during long and intermediate timescales (104-106 yr). Firstly, we studied the effect of orographic precipitation on a growing mountain by numerical modeling using the landscape evolution model CIDRE. The numerical models revealed that precipitation peak elevation appears to be a crucial factor that controls the denudation and topographic mountain history. A peak in spatial distribution of precipitation located at a low or medium elevation can produce a pulse or acceleration of denudation, while if the peak of rainfall is at the top of the mountain, it limits the growth of the mountain but the denudation history is not affected. These numerical results show that it is possible to produce a pulse or acceleration in the denudation in the absence of climatic or tectonic variations. Secondly, we studied the effect of cyclical variations in precipitation rates over an experimental coupled mountain-piedmont landscape, considering a periodicity that could correspond to climatic forcing on an intermediate timescale (104-105 yr). Our work specifically focused on defining the conditions that drive changes from aggradation to incision in the piedmont. We show that there are two necessary conditions for incision. First, the ratio between water discharge and sediment flux induced by precipitation variations must drive a decrease in sediment concentration at the outlet of the catchments. Second, changes in sediment concentration only drive incision when the mean slope of the piedmont, which inversely depends on the mean precipitation rate, is above a threshold value. We finally propose a phase diagram that synthesizes how the relation between fan slope and sediment concentration controls the passage from deposition to incision in the piedmont at the foot of a mountain relief. Finally, to understand how the incision evolves and the factors that control the valley widening we focus on the geomorphological characterization of two canyons located in northern Chile. For the first time, we use 10Be cosmogenic isotope concentration measured in colluvial deposits at foot of hillslope to quantify longitudinal variations of valley flank erosion rate. We observed an inverse relation between valley flank erosion rate and valley width allowing to infer that the channel lateral mobility is the first order factor controlling the valley widening.
The main results of this thesis highlight the role of climate in the landscape evolution at different timescales. |