Dynamique des paysages à courte échelle de temps et signature topographique des évènements climatiques et tectoniques extrêmes – TOPO-Extreme

- Les études de terrains seront menées dans deux contextes différents pour mieux déchiffrer la signature du forçage climatique et tectonique : dans les Cévennes (qui se caractérisent par une absence de tectonique récente et par des crues soudaines pluriannuelles), et le long du front himalayen du Bhoutan (qui est touché par des tremblements de terre et par d'intenses inondations et glissements de terrain).
- Des informations tridimensionnelles sur la morphologie de surface seront obtenues en combinant des données topographiques à très haute résolution. La géométrie de la partie superficielle des failles sismogènes sera imager à partir de mesures géophysiques variées et de méthodes d'inversion innovantes.
- La dynamique du paysage affectée par des événements extrêmes sera caractérisée via des mesures géodésiques et des estimations des taux de dénudation et d’incision, sur une gamme d'échelles de temps allant des inondations annuelles à plusieurs cycles sismiques. Nous nous concentrerons sur l'interaction entre les phénomènes extrêmes climatiques et tectoniques et leur impact sur la morphologie en comparant les contextes contrastés du Bhoutan et des Cévennes.
- Toutes les données existantes, y compris celles acquises dans le cadre de ce projet, seront examinées à la lumière de modèles expérimentaux et numériques originaux. Au-delà de cette approche clé, la comparaison entre les deux types de modèles et l’utilisation d’une procédure d’emboitement sera une démarche originale permettant d’intégrer plusieurs échelles spatiales et temporelles.

La mission de terrain effectuée en 2019 a permis de démontrer l’activité du MBT à l’est du Bhoutan. Les datations ainsi que l’acquisition d’une topographie haute résolution du cône de Bangtar permettent d’envisager une étude détaillée du rôle du mode de glissement (saccadé ou constant) sur la mise en place de la topographie. L'étude de cet objet géomorphologique est donc clé pour ce projet.
L’analyse des stations hydrologiques (Banque HYDRO) sur la bordure Cévenole montre un très fort gradient de variabilité des débits entre la marge et l’intérieur du Massif, qui confirme le caractère idéal de ce site pour l’étude de l’impact long terme de ce type de forçage. Les données de dénudation 10Be (nouveau jeu de données de 35 échantillons) montrent aussi une grande variabilité des vitesses d’érosion, qui est en cours d’analyse et de comparaison avec le forçage climatique. Les premiers résultats montrent une singularité de la zone des Cévennes en termes de relations entre vitesses de dénudation et paramètres morphologiques, qui pourrait être associée à la très forte variabilité des débits dans ce secteur.
Les premiers résultats en modélisation analogique et numérique suggèrent un effet au 2ème ordre du type de glissement sur la morphologie à proximité d’un escarpement de faille active.

Les futurs travaux sont en partie conditionnés par la possibilité de pouvoir se rendre au Bhoutan en 2021. Deux scenarii sont envisagés :
- Les missions à l’étranger sont à nouveau possibles, nous prévoyons alors de maintenir les objectifs initiaux du projet avec deux missions pluridisciplinaires au Bhoutan. L’une aura pour objectif d’acquérir des données géophysiques (sismique, électrique et gravimétrique) le long du front himalayen où des terrasses surélevées marquent l’effet combiné des forçages tectoniques et climatiques. L’autre sera dédiée à la re-mesure des points géodésiques installés à l’est du Bhoutan ainsi qu’à l’acquisition de données géomorphologiques pour les mesures de dénudation et d’incision.
- La crise perdure jusqu’en 2022, nos travaux seront alors recentrés autour d’une densification des mesures faites le long des rivières cévenoles et de la mise en place de modèles analogiques et numériques.

Publication
Sassolas-Serrayet, T., Cattin, R., Ferry, M., Godard, V., Simoes, M,, Estimating the disequilibrium in denudation rates due to divide migration at the scale of river basins, Earth Surface Dynamics, 7, 1041-1057, 2019
Stevens VL, De Risi R, Le Roux-Mallouf R, Drukpa D, Hetényi G (2020) Seismic hazard and risk in Bhutan. Nat Hazards 104:2339-2367. doi:10.1007/s11069-020-04275-3

Congrès internationaux
Sassolas-Serrayet, Simoes, Cattin, Le Roux-Mallouf, Ferry, Drukpa. Quantifying active tectonics in the case of dynamic and instable landscape : an example from the Bhutan Himalayas, EGU2020-8884, 2020.
Lasserre C, Marconato L, Sassolas-Serrayet T, De Zan F, Ansari H, Doin MP, Mazzotti S, Cattin R, Ferry MA. Lateral Variations of Interseismic Coupling along the Himalayan Arc in Bhutan: Clues from Time Series Analysis of Sentinel-1 InSAR Data?. T41E-0328, AGU, 2019
Caniven, Morgan, Blank, Cattin, DEM Simulations of Earthquake Cycles along Strike-Slip Faults : Controls on the Slow-Slip Nucleation of Earthquakes, AGU 2019.

Il est maintenant bien établi que les événements extrêmes tels que les tempêtes, les inondations, les glissements de terrain ou les tremblements de terre ont un effet significatif sur la mise en place des paysages. Les terrasses fluviales, les cônes alluviaux et d'autres marqueurs morphologiques sont ainsi couramment utilisés pour quantifier la réponse du paysage aux changements du climat ou de la tectonique sur de grandes échelles de temps (> 10.000 ans). Cependant, ces marqueurs sont rarement utilisés pour évaluer la fréquence et l'amplitude des événements extrêmes car leur formation et leur évolution en réponse à des sollicitations internes ou externes restent peu étudiées.

Nous proposons ici de développer une nouvelle approche basée sur une étude pluridisciplinaire de l'évolution des paysages à petite échelle de temps (de 0,1 à 10000 ans). Cette approche est complexe et nécessite de déchiffrer la signature des processus climatiques et tectoniques (1) à partir de l'étude détaillée des caractéristiques du paysage actuel, et (2) en considérant leur nature stochastique ainsi que leur couplage et leur rétroaction. Cela requière d'explorer de nombreuses questions fondamentales mais non encore résolues: Quelle est la signature de l'amplitude et de la fréquence des perturbations climatiques et tectoniques dans l'équilibre de la topographie? Quelle est l'échelle de temps sur laquelle les changements brusques dus aux événements extrêmes restent visibles? L'état stationnaire est-il un concept purement théorique ou s'applique-t-il aux paysages naturels soumis à des événements extrêmes?
Nous aborderons ces questions au moyen d'une approche intégrée combinant des observations sur le terrain, la télédétection et le développement de modèles expérimentaux et numériques:
- Les études de terrains seront menées dans deux contextes différents pour mieux déchiffrer la signature du forçage climatique et tectonique : dans les Cévennes (qui se caractérisent par une absence de tectonique récente et par des crues soudaines pluriannuelles), et le long du front himalayen du Bhoutan (qui est touché par des tremblements de terre et par d'intenses inondations et glissements de terrain).
- Des informations tridimensionnelles sur la morphologie de surface seront obtenues en combinant des données topographiques à très haute résolution. La géométrie de la partie superficielle des failles sismogènes sera imager à partir de mesures géophysiques variées et de méthodes d'inversion innovantes.
- La dynamique du paysage affectée par des événements extrêmes sera caractérisée via des mesures géodésiques et des estimations des taux de dénudation et d’incision, sur une gamme d'échelles de temps allant des inondations annuelles à plusieurs cycles sismiques. Nous nous concentrerons sur l'interaction entre les phénomènes extrêmes climatiques et tectoniques et leur impact sur la morphologie en comparant les contextes contrastés du Bhoutan et des Cévennes.
- Toutes les données existantes, y compris celles acquises dans le cadre de ce projet, seront examinées à la lumière de modèles expérimentaux et numériques originaux. Au-delà de cette approche clé, la comparaison entre les deux types de modèles et l’utilisation d’une procédure d’emboitement sera une démarche originale permettant d’intégrer plusieurs échelles spatiales et temporelles.

Par rapport aux études précédentes qui considèrent généralement le forçage climatique et tectonique séparément, l'approche proposée représente une nouvelle étape dans la compréhension de l'évolution des paysages. Au-delà des résultats scientifiques et des avancées techniques escomptées, le caractère universel de ce projet permettra d’améliorer l'évaluation des risques associés aux inondations et aux séismes, en termes de prévisibilité et d’aménagement du territoire dans le monde entier.