Profils verticaux

La relation des âges thermochronologiques sur leur altitude d’échantillonnage permet

d’estimer les quantités érodées et les vitesses de dénudations (Figure II.9).

I.5.1. Relation âge-altitude

La relation âge-altitude théoriquement linéaire d’échantillons récoltés dans une vallée approxime la vitesse d’érosion relative au soulèvement [Gleadow et al., 1984 ; Fitzgerald et Gleadow, 1990 ; Brown, 1991 ; Fitzgerald et al., 1993 ; 1995 ; Braun, 2002 ; Elhers, 2005 ; Braun, 2005]. Cette relation approxime les taux de dénudations si les isothermes de température de fermeture des thermochronomètres sont horizontaux, non influencés par la forme du relief ou par de l’advection de chaleur externe, ce qui n’est pas le cas des

thermochronomètres de basse température comme les âges AFT où les âges AHe [Stüwe et al., 1994 ; Braun, 2002 ; Braun, 2005 ; Valla et al., 2010 ; van der Beek et al., 2010]. Les taux de dénudation sont surévalués dans une vallée qui a une largeur telle qu’elle a une influence

non négligeable sur la courbure des isothermes [Braun, 2002]. La valeur de la régression linéaire faite sur la relation âge-altitude peut être évaluée grâce à une grandeur adimensionnelle. La largeur de la vallée doit être inférieure à une longueur d’onde critique c

[Braun, 2005], dépendant du gradient géothermique moyen de la zone (G0) et de la température de fermeture Tc du système thermochronologique considéré. En appliquant la

formule suivante :

� =

0

Par exemple, avec une température de fermeture de 110°C pour le système traces de fission sur apatite, on obtient une longueur d’onde critique de 3.7 km ou 5.5 km avec des gradients géothermiques de respectivement 30 et 20°C.km^-1. Avec une température de fermeture de 70±5°C pour le système AHe et les mêmes gradients, on obtient des longueurs

d’ondes critiques encore plus petites entre 2.2 et 3.8 km. Or les deux vallées échantillonnées dans cette étude sont plus larges que ωc. La largeur de la vallée du Marañón (chapitre 4) est de presque 30 km au niveau de Balsas, et plus grande encore si on prend en compte le rayon courbure. Au niveau où le nombre d’échantillons récoltés est le plus important sur les flancs de la rivière Moche (chapitre 5), la largeur de la vallée est de 7 km. Donc les isothermes de fermeture des systèmes utilisés dans cette étude seront courbés.

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I.5.2. Exhumation des PAZ et PRZ

Il a également été mis en évidence que la répartition des âges thermochronologiques dans les diagrammes âge-altitude pouvait montrer une rupture de pente (« break-in-slope » [Fitzgerald et Gleadow, [1990] ; Figure II.9). Celle-ci correspond à l’âge de l’exhumation de

la base de la PAZ ou de la PRZ (Figures II.9 et II.10). Cette technique a démontré sont potentiel dans de nombreuse études relatives aux domaines orogéniques [Brown, 1991 ; Fitzgerald et al., 1993 ; 1995 ; review dans Gallagher et al., 1998 ; Green et al., 2002 ; Reiners, 2007 ; Glotzbach et al., 2008 ; Espurt et al., 2011]. Dans le diagramme âge-altitude, une régression linéaire sur les âges apparents à partir de la base de la PAZ ou de la PRZ

permet d’évaluer les vitesses de dénudation (Figure II.10).

Figure II.9. Relation entre Soulèvement des roches, érosion et soulèvement de la surface

[England et Molnar, 1990] et concept de « rupture de pente exhumée » [Fitzgerald et Gleadow, 1990], modifié de Fitzgerald et al., [1995] et extrait de J.Barbarand (cours). A gauche, les âges apparents dans le système AFT sont représentés dans une tranche de croûte. Nuls sous la température de fermeture, ils vieillissent à partir de la base de la zone de recuit partiel (étoile rouge) et ont un âge t au-dessus de la PAZ, dans le domaine de stabilité totale. A droite, lorsque que l’érosion a eu lieu de manière concomitante au soulèvement, cette

tendance d’âges apparents se retrouve dans le diagramme âge-altitude. L’âge t1 de la rupture de pente (étoile rouge à l’affleurement), marque le temps depuis lequel la tranche de croûte a subis le soulèvement.

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Figure II.10. Estimation de la vitesse de dénudation grâce au concept de rupture de pente

exhumée. La pente 1, à gauche donne une approximation de la vitesse d’exhumation des

échantillons situés sous la base de la PRZ avant soulèvement, la pente 2 donne la position de la PRZ exhumées. Modifié de [Fitzgerald et al., 1995]. Extrait de Cécile Gautheron (cours).

I.5.3. Sur les altitudes

Pour la représentation graphique sous forme de profil âge-altitude, j’ai souhaité

représenter une altitude la plus vraie possible. La valeur communément utilisée par les géologues est celle du GPS (Global Positioning System) de terrain. La mesure GPS peut-être très bonne dans une vallée dégagée. Dans des vallées encaissées, les reliefs environnants

cachent la réception des satellites. J’ai donc calculé une moyenne entre la mesure GPS récupérée sur le terrain et les valeurs extraites des modèles numériques de terrain (MNT). La mission SRTM (Shuttle Radar Topographic Mission) de la NASA propose une couverture à 80% du globe de MNT, distribués gratuitement par l’USGS (United States Geological Survey)

sur le serveur de leur site internet (http://srtm.usgs.gov/). La résolution est de 3’’ d’arc soit

environ 90 m. Une couverture complète du globe est proposée par la NASA et le ministère japonais du commerce et de l’industrie avec une résolution à 1’’ d’arc (environ 30 m) nommée ASTER (The Advanced Spaceborne Thermal Emission and Reflection Radiometer).

Finalement j’ai choisi de prendre la moyenne des trois altitudes si l’erreur relative sur la plus grande différence entre deux valeurs était inférieure à 10% (Table II.1), la moyenne des deux valeurs les plus proches sinon. L’incertitude est égale à la moitié du maximum de différence

56 entre deux valeurs d’altitudes si l’erreur relative est inférieure à 10%. Sinon elle est données par la différence entre les deux valeurs d’altitude les plus proches.

Table II.1. Altitudes des échantillons de la thèse.

Name ZGPS (m) ZSRTM90 (m) ^ZASTER30 (m) ^{<Z> (m)} Max. (m) Err. Rel. (%) Z final (m) Incert. (m) TRU1 500 217 209 308,7 291 94,3 213 ₈ TRU4 850 850 845 848,3 5 0,6 848 ₃ TRU5 1360 1363 1357 1360,0 3 0,2 1360 ₃ TRU6 1777 1764 1755 1765,3 22 1,2 1765 ₁₁ TRU7 2049 1988 2005 2014,0 61 3,0 2014 ₃₁ TRU8 2251 2189 2226 2222,0 62 2,8 2222 ₃₁ TRU10 2700 2684 2687 2690,3 16 0,6 2690 ₈ TRU11 2553 2494 2525 2524,0 59 2,3 2524 ₃₀ TRU124 3238 3238 3233 3236,3 5 0,2 3236 ₃ TRU137 1114 1146 1082 1114,0 64 5,7 1114 ₃₂ TRU138 570 561 546 559,0 24 4,3 559 ₁₂ TRU146 3837 3846 3841 3841,3 9 0,2 3841 ₅ TRU231 1546 1597 1579 1574,0 51 3,2 1574 ₂₆ TRU233 ₃₀₀₇ 3015 2992 3004,7 23 0,8 3005 ₁₂ TRU246 3271 ^{3236 3240 3249,0 35 1,1 3249} 18 TRU38 1032 1059 1013 1034,7 46 4,4 1035 ₂₃ TRU39 1169 1205 1167 1180,3 38 3,2 1180 ₁₉ TRU41 1355 1422 1372 1383,0 67 4,8 1383 ₃₄ TRU42 1500 1467 1476 1481,0 33 2,2 1481 ₁₇ TRU44 1578 1575 1580 1577,7 5 0,3 1578 ₃ TRU48 1826 1767 1801 1798,0 59 3,3 1798 ₃₀ TRU49 1991 1940 1972 1967,7 51 2,6 1968 ₂₆ TRU50 2682 2733 2579 2664,7 154 5,8 2665 ₇₇ TRU51 2790 2804 2779 2791,0 25 0,9 2791 ₁₃ TRU52 3300 3313 3268 3293,7 45 1,4 3294 ₂₃ TRU57 1731 1735 1734 1733,3 4 0,2 1733 ₂ TRU62 999 1103 1022 1041,3 104 10,0 1041 ₅₂ TRU64 1109 1120 1115 1114,7 11 1,0 1115 ₆ TRU68 350 344 355 349,7 11 3,1 350 ₆ TRU69 399 397 391 395,7 8 2,0 396 ₄ TRU70 918 935 914 922,3 21 2,3 922 ₁₁ TRU242 3280 3284 3282 3282,0 4 0,1 3282 ₂ TRU251 2032 2043 2021 2032,0 22 1,1 2032 ₁₁ TRU253 1975 1978 1964 1972,3 14 0,7 1972 ₇ TRU296 1000 1018 1024 1014,0 24 2,4 1014 ₁₂

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