dynamique et regime thermique des chaines de montagnes - application aux Andes Centrales
Résumé
Convergent zones show highly variable tectonical, morphological and thermal signatures. Some orogenic belts, like the Central Andes, locally undergo a neutral to extensive tectonic regime, while the whole belt is globally shortening. The balance between tectonic and buoyancy forces within the crust controls the dynamics of the margin. The physical parameters ruling the evolution of the margin can be deduced from topography; in the Andes, the involved stresses range between 25 MPa and 75 MPa, the total involved force is 5. 1012 N m-1, and the viscosity is in the order of 2.1021 Pa s. A time-marching model is developed for the lithosphere, on the basis of the thin viscous sheet approximation. Minor differences in the boundary conditions conveniently explain the evolution of both compressive and extensive active plate margins. The impact of a denser lithospheric root on the dynamics is also explored. The tectonic evolution of active margins disturbs their thermal fields. Highly variable thermal signatures within orogenic belts are evidenced. Heat sources include static sources, i.e. shear heating at the base of the lithosphere, magmatism, convective removal of the lithospheric root, erosion, sedimentation, etc. A theoretical approach is carried out in order to estimate the various thermal contributions and to assess their influences within different morphotectonic units. Particular attention is paid to surface processes. These investigations are applied to the Central Andes, where numerous thermal and additional geophysical information is available.
Les zones de convergence ont des signatures tectoniques, morphologiques et thermiques très variables. Certains orogènes, comme les Andes Centrales, peuvent avoir un régime tectonique localement neutre à extensif, tandis que l'ensemble de la chaîne est en raccourcissement. L'équilibre entre les forces tectoniques et la flottabilité de la croûte détermine la dynamique de la marge. Les paramètres physiques qui contrôlent l'évolution de la marge peuvent être déduits de la topographie ; pour les Andes, les contraintes en jeu varient entre 25 MPa et 75 MPa, la force totale impliquée est d'environ 5.1012 N m-1, la viscosité est de l'ordre de 2.1021 Pa s. Un modèle dynamique de déformation des marges est développé, en assimilant la lithosphère à une plaque mince visqueuse. Des différences mineures dans les conditions aux limites permettent de reproduire convenablement l'évolution de marges actives très différentes, compressives ou extensives. La contribution motrice de la racine lithosphérique à la dynamique est également examinée. Les relations génétiques entre dynamique et régime thermique impliquent une très forte variabilité du champ thermique des marges actives. On distingue les sources de chaleur « statiques » qui incluent le flux de chaleur mantellique et la production radiogénique crustale, et les sources « dynamiques » qui dépendent de la cinématique de l'orogenèse, comme la friction à la base de la lithosphère, le magmatisme, l'ablation convective de la lithosphère, l'érosion, la sédimentation, etc. Une étude théorique systématique permet de hiérarchiser les processus thermiques. Un intérêt particulier est accordé aux perturbations induites par les processus superficiels. Ces investigations sont appliquées aux Andes Centrales, où les données thermiques sont abondantes.