Décrire la géographie initiale du Tibet juste après la collision Inde-Asie



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ARTICLE DANS TECTONICS

Une équipe internationale à laquelle participe Marc Jolivet (Géosciences Rennes – CNRS) publie en janvier 2019 dans la revue Tectonics un article qui s’attache à reconstituer la topographie initiale du Tibet, en recherchant les indices géologiques permettant de reconstituer les paysages du début du Cénozoïque (~50 millions d'années).

Le plateau tibétain, qui résulte de la collision entre les plaques indienne et eurasiatique depuis environ 50 millions d’années (ou Ma) constitue, avec la chaine de l’Himalaya sur sa bordure sud, la plus vaste zone de haute altitude du globe. Cette topographie unique est notamment à l’origine du phénomène de mousson : l’air humide, remontant vers le nord depuis l’océan indien, se trouve bloqué par la chaine himalayenne et le plateau tibétain conduisant à des pluies diluviennes en Asie du Sud-Est ou en Inde. Très peu d’humidité parvenant à franchir cette barrière, plus au nord en Asie centrale, le climat est aride favorisant la formation de déserts tels le Takla Makan ou le Gobi.

Comprendre l’évolution climatique à long terme de l’Asie implique donc de connaître l’évolution de la topographie du Tibet depuis 50 Ma. Plusieurs modèles de construction du plateau existent qui diffèrent notamment sur la topographie initiale de la région : la région du Tibet était-elle plate et à faible altitude au moment de la collision entre les continents ou existait-il, comme le pensent certains chercheurs, un proto-plateau tibétain et des chaines de montagnes ?



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Carte topographique du Tibet et des régions environnantes.. Le bassin du Qaidam, sujet de cette étude, forme la bordure nord du plateau tibétain. Les couleurs indiquent l’altitude (vert : plaines < 500 m, jaune : 500 à 2000 m, marron : 2000 à 5000 m, blanc : > 5000 m)


L’équipe internationale à laquelle participe Marc Jolivet s’attache à reconstituer cette topographie initiale du Tibet, en recherchant les indices géologiques permettant de reconstituer les paysages du début du Cénozoïque (~50 Ma). Ces indices sont principalement contenus dans les sédiments déposés au cours du temps dans les bassins sédimentaires répartis sur et autour du plateau. En effet, le type de sédiments ainsi que les restes fossiles qu’ils contiennent varient en fonction de la pente locale (blocs et sable grossier pour un torrent de montagne, sable fin et argile pour un lac), du type de roche érodée à la source, du climat ou encore de l’altitude.



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Paysage désertique dans la partie centrale du bassin du Qaidam montrant les dépôts cénozoïques à l’affleurement (© M. Jolivet)

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Sédiments grossiers à la base de la Formation de Lulehe basculés à la verticale par la tectonique récente sur la bordure est du bassin du Qaidam. Ce type de sédiment correspond à une ancienne rivière coulant au pied d’un relief (© M. Jolivet)



A ce titre, le bassin du Qaidam, situé à plus de 1000 km de l’Himalaya, dans la partie nord du Tibet, représente une archive unique de l’évolution topographique, climatique et tectonique de la bordure nord du plateau tibétain. Ce bassin est entièrement entouré de chaines de montagnes et représente donc un piège sans échappatoire pour les sédiments issus de l’érosion du plateau. Avec une accumulation d’environ 15 km d’épaisseur de sédiments cénozoïques, il est l’un des plus importants bassins sédimentaires d’Asie. L’équipe s’est concentrée sur l’étude des sédiments cénozoïques les plus anciens déposés dans le bassin, connus sous le nom de Formation de Lulehe (« Rivière de Lule »), datée du début de l’Eocène (~55 Ma), soit du tout début de la collision entre l’Inde et l’Asie. L’équipe a obtenu auprès de la Qinghai Oilfield Company, une compagnie pétrolière associée à PetroChina, des profiles d’imagerie sismique et des échantillons de forages d’exploration répartis sur le pourtour du bassin. Ces données montrent une série de rivières s’écoulant depuis le pourtour du bassin du Qaidam vers une zone centrale formée par une plaine comportant des lacs peu profonds. Ces conclusions suggèrent donc qu’il y a 50 millions d’années, le Qaidam était une dépression fermée, relativement large et plate, entourée par des reliefs en érosion. Les failles visibles sur les profils sismiques montrent en outre que les bordures nord et est du bassin étaient soumises à des déformations tectoniques probablement à l’origine des reliefs.

Afin d’obtenir une idée de l’importance des reliefs qui entouraient le bassin au début de l’histoire cénozoïque, l’équipe a cherché à « restaurer » la forme initiale de la base du bassin. En effet, dans un contexte de compression tectonique du type de celui induit par la collision entre l’Inde et l’Asie, la croûte terrestre qui supporte les bassins sédimentaires va se déformer sous l’effet de plusieurs facteurs : la charge que représente les sédiments déposés dans le bassin va entrainer une subsidence (un déplacement vers le bas) de la croûte ; les chaines de montagnes qui croissent à proximité du bassin vont aussi, du fait du poids croissant de roche accumulées, « appuyer » sur la croûte terrestre, entrainant là aussi un mouvement vers le bas de la bordure du bassin ; enfin, la croûte, de par sa résistance mécanique à la flexure va s’opposer à cette déformation.


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Carte de l’épaisseur des dépôts sédimentaires de la Formation Lulehe dans le bassin du Qaidam. Les forages utilisés pour décrire les sédiments sont indiqués en jaune. Les deux coupes verticales du dessous montrent la géométrie des dépôts sédimentaires cénozoïques dans leur état actuel (coupe du haut) et celle restaurée des dépôts de la Formation Lulehe il y a 50 Ma


En se basant sur les données de sismique et sur plusieurs types de modèles mécaniques de déformation de la croûte terrestre, l’équipe a montré qu’au moment du dépôt des sédiments de la Formation de Lulehe, la bordure nord du bassin du Qaidam, qui représente l’extrême nord du plateau tibétain, était déjà formée par une chaine de montagnes élevées. Au sud du bassin, la chaine du Kunlun existait déjà mais était située plus au sud que sa position actuelle.

Cette étude démontre que la topographie du Tibet avant la collision entre l’Inde et l’Asie était déjà complexe, comportant des montagnes élevées. La bordure nord du plateau, située il y a 50 Ma à au moins 1500 km de la zone de collision s’est déformée tectoniquement dès le début de l’affrontement entre les deux plaques, augmentant l’altitude des chaines de montagnes pré-existantes et perturbant probablement très tôt la circulation atmosphérique et donc le climat régional.


Référence
Cheng, F., Garzione, C. N., Jolivet, M., Guo, Z., Zhang, D., Zhang, C., & Zhang, Q. (2019). Initial deformation of the northern Tibetan Plateau: Insights from deposition of the Lulehe Formation in the Qaidam Basin. Tectonics, 38. https://doi.org/10.1029/2018TC005214



Contact OSUR
Marc Jolivet (Géosciences Rennes) / @
Alain-Hervé Le Gall (multiCOM OSUR) / @





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