Modélisation numérique de l’érosion et de la sédimentation le long de la rivière Pilcomayo
Informations sur le document
| Auteur | David Becel |
| École | Université Joseph Fourier Grenoble 1 |
| Spécialité | Science de la Terre |
| Type de document | Thèse |
| Langue | French |
| Format | |
| Taille | 10.19 MB |
- Modélisation numérique
- Érosion et sédimentation
- Géologie appliquée
Résumé
I.Résumé de l étude Sédimentation et Tectonique dans le Bassin du Pilcomayo Bolivie
Cette thèse étudie le bassin versant du Pilcomayo, situé au sud-est de la Bolivie, dans les Andes centrales. L'objectif principal est de comprendre les interactions complexes entre la tectonique, le climat, l'érosion, et la sédimentation dans ce bassin sédimentaire activement tectonique. L'étude se concentre sur l'analyse des terrasses alluviales, des sédiments conglomératiques, et des tufs afin de reconstituer l'histoire du remplissage sédimentaire du Pilcomayo. Des méthodes de datation (cosmogéniques et 39Ar/40Ar) et des analyses granulométriques ont été utilisées. Des modèles numériques, notamment COBASE, ont été développés et appliqués pour simuler l'évolution du bassin sous différentes contraintes tectoniques et climatiques. Des comparaisons avec d'autres régions, comme le bassin de l'Ebro et le front himalayen, sont réalisées. La ville de Sucre et sa région ont été particulièrement étudiées, permettant d'établir des corrélations entre les phases d'incision et de sédimentation et les périodes humides et sèches (phases Minchin, Titicaca, Tauca) de l'Holocène.
1. Présentation du Bassin Versant du Pilcomayo et Contexte Géologique
L'étude se concentre sur le bassin versant du Pilcomayo, situé au sud-est de la Bolivie, dans les Andes centrales. Ce bassin est caractérisé par un contexte tectonique actif, avec une surrection différentielle observée entre la zone interandine (0,5 mm/an) et la cordillère orientale (0,05 mm/an). Des décrochements encore ou récemment actifs ont été identifiés sur le terrain, bien que leur composante verticale soit peu importante. Le paléoclimat bolivien, étudié sur les 45 000 dernières années, révèle des fluctuations climatiques significatives, avec des alternances de périodes humides et sèches impactant directement le régime des précipitations et donc l'érosion et la sédimentation. L'étude du bassin du Pilcomayo permet d'analyser l'impact combiné de la tectonique active et des variations climatiques sur le remplissage sédimentaire. Les études bibliographiques préalables ont souligné le manque de consensus scientifique sur l'identification claire de la signature des événements climatiques ou tectoniques dans les sédiments de bassins de front de chaîne active. Cette étude vise à combler cette lacune en se concentrant sur la rivière Pilcomayo comme cas d'étude principal.
2. Analyse des Remplissages Sédimentaires et des Terraces Alluviales
Des missions de terrain menées dans la région de Sucre (Bolivie) ont permis l'observation de terrasses alluviales abandonnées. Ces terrasses sont des témoins cruciaux de l'évolution du remplissage sédimentaire. Le remplissage sédimentaire du Pilcomayo est caractérisé par trois éléments architecturaux: les faciès de chenaux, les faciès de plaines alluviales, et les cônes alluviaux provenant des versants. Le processus de remplissage débute par une importante aggradation de plusieurs dizaines de mètres, constituée de faciès de chenaux et de cônes alluviaux. Au-dessus, des surfaces d'abrasion témoignent de phases d'incision, suivies du dépôt d'un corps conglomératique majeur, lui-même recouvert de sédiments provenant des versants. La présence d'une surface majeure de tuf forme une ligne de temps remarquable, marquant une étape clé dans l'évolution du bassin. Une réincision majeure a ensuite lieu, laissant derrière elle les terrasses alluviales observées. Cette analyse sédimentologique détaillée, couplée à des datations (tuf et datations cosmogéniques), permet de reconstruire l'évolution du remplissage sédimentaire et d'établir des corrélations avec les variations climatiques régionales à l'échelle de l'Holocène.
3. Corrélation entre le Remplisement Sédimentaire et les Variations Climatiques
L'analyse des données récoltées, incluant l'étude des terrasses alluviales, les datations (tuf et datations cosmogéniques), a permis de proposer une corrélation entre le remplissage sédimentaire et les variations climatiques régionales à l'échelle de l'Holocène. Les grandes phases d'incision majeure correspondent aux phases Minchin et Titicaca (périodes humides), tandis que les phases d'aggradation se corréleraient avec les périodes sèches, notamment entre les phases humides Minchin et Tauca. Cette corrélation souligne l'influence majeure du climat sur l'évolution morphologique du bassin du Pilcomayo. La ségrégation des galets les plus grossiers lors des phases d'incision, est aussi mentionnée, apportant des informations supplémentaires sur les dynamiques fluviales. La région de Sucre, en Bolivie, joue un rôle clé dans cette analyse, servant de point de référence pour les observations sur le terrain et les corrélations paléoclimatiques.
II.Contexte Géologique et Tectonique des Andes Boliviennes
La région d'étude est caractérisée par une surrection différentielle entre la zone interandine (0,5 mm/an) et la Cordillère Orientale (0,05 mm/an). L'analyse de la tectonique met en évidence l'activité de décrochements, ainsi que des failles telles que les failles de Coniri et de Saint Vincent, limitant la Cordillère Orientale. L'activité compressive de la fin de l'Eocène supérieur est mentionnée, tout comme les épisodes de déformation hercynienne et néogène. Le modèle géométrique de Lamb (2000) est cité pour la quantification de la déformation actuelle. Des études sur l'incision fluviale (Lavé et Avouac, 2000) sont utilisées pour préciser les domaines structuraux actifs dans les Andes boliviennes et le subandin.
III.Analyse des Remplissages Sédimentaires du Pilcomayo
Les observations de terrain révèlent un remplissage sédimentaire complexe comprenant des faciès de chenaux, des faciès de plaines alluviales, et des cônes alluviaux. Une forte aggradation initiale est suivie de surfaces d'abrasion et du dépôt d'un corps conglomératique majeur. Un niveau de tuf, daté entre 12 000 et 20 000 ans, constitue une ligne de temps importante. L'analyse des terrasses indique des phases d'incision et de sédimentation liées aux variations climatiques régionales. La granulométrie des sédiments, notamment la taille des galets, est un facteur clé de l'analyse. L'étude se base sur des données de terrain récoltées à des endroits stratégiques le long du Pilcomayo, notamment à Puente Sucre et Tarabuco.
IV.Développement et Application du Modèle Numérique COBASE
Un modèle numérique, COBASE, a été développé pour simuler l'évolution du bassin versant du Pilcomayo. Ce modèle intègre les processus d'érosion, de transport fluviatile, et de sédimentation, en tenant compte de la tectonique et du climat. La formule de Manning-Strickler a été utilisée pour calculer la vitesse d'écoulement de l'eau. Les lois de transport de sédiments de Bagnold, Scholtisch et Van Rijn ont été analysées. Le modèle permet d'explorer différents scénarios climatiques (périodes humides et sèches, variation du flux d'eau de la crue centenale estimé à 400 m³/s) et tectoniques (surrection, pop-up). L'analyse des résultats du modèle explore l’impact de l'érodabilité et du coefficient d'Einstein sur le bilan sédimentaire. Les simulations permettent d'évaluer le rôle relatif de la tectonique et du climat dans l'évolution du bassin.