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Thèse soutenue par Vjeran Visnjevic, le 17 octobre 2019, Institut des dynamiques de la surface terrestre (IDYST)

Le dernier maximum glaciaire (LGM), 26 à 19 ka, représente la dernière phase froide la plus récente de l’histoire de la Terre et la dernière fois que le climat des planètes était très différent de celui d’aujourd’hui. (suite…)

Thèse soutenue par Daniel Kiss, le 10 octobre 2019, Institut des sciences de la Terre (ISTE)

La déformation est souvent observée dans les roches, comme des plis, ou des ruptures avec des déplacements notables. L’un des exemples les plus spectaculaires à grande échelle (à l’échelle des montagnes) est situé le long de la vallée du Rhône, proche de Martigny, en Suisse. On y trouve un paquet de roches sédimentaires plissées de plusieurs km d’épaisseur et de dizaines de km de long, appelé pli de la nappe de Mordes. Il est facilement observable par exemple sur la Dent de Mordes ou sur les Dents du Midi.

La nappe du Wildhorn, autre nappe tectonique alpine, se trouve au-dessus de la nappe de Mordes. La nappe du Wildhorn est un paquet de roche qui a été transportée par-dessus la zone de cisaillement basale ou le chevauchement (une surface de glissement avec une déformation de cisaillement intense) de plusieurs dizaines de km de sa place d’origine. Ce déplacement est observable par exemple sur le Wildhorn ou sur les Diablerets.

Bien que ces nappes sont observées depuis plus de cent ans, les mécanismes physiques qui forment ces nappes sont encore mal compris. A l’échelle globale, la déformation des roches est caractérisée par des zones de déformations intenses et la localisation de la déformation est séparée par des domaines de petites déformation ou des domaines sans déformation.

Ce mode de déformation est reflété par la tectonique des plaques. La couche dure la plus externe de la Terre (la lithosphère) est constituée de plusieurs plaques tectoniques, qui flottent sur une couche plus faible (l’asthénosphère), chacune de ces plaques bougent entre elles en suivant leur propre direction. La déformation lithosphérique est typiquement localisée en bordure de plaque, ou deux plaques se rencontre.

Ce comportement de localisation de la déformation est naturel dans le régime de déformation cassant (lorsque des roches se brisent au quotidien). Toutefois, en régime ductile (lorsque les roches s’écoulent ou fluent lentement, généralement à quelques dizaines de km de profondeur), la déformation a tendance à se répartir.

Comprendre les processus physiques qui favorisent la localisation de la déformation ductile par rapport à la distribution de la déformation ductile est une clé pour mieux comprendre la tectonique des plaques.

L’objectif de cette thèse est de formuler et d’appliquer des modèles, basés sur la mécanique des milieux continus, pour comprendre la localisation spontanée des contraintes ductiles et la formation des nappes.

Dans le premier article de cette thèse nous étudions la génération spontanée des zones de cisaillement ductiles par ramollissement dû à la température (thermal softening) et par chauffe de frottement (shear heating) c’est-à-dire à la conversion du travail dissipatif en chaleur. Sur la base d’un modèle simple ID, nous avons déterminé une nouvelle formule analytique pouvant être utilisée pour estimer la température des zones de cisaillement.

Dans le deuxième article, nous présentons les résultats de simulations numériques 2D sur l’initiation de la subduction. L’initiation à la subduction se produit lorsqu’une nouvelle limite de plaque se forme, ou les deux plaques se rapprochent l’une de l’autre, et ou l’une des deux plaques passe en dessous de l’autre et plonge dans l’asthénosphère. Nous démontrons que la génération spontanée des zones de cisaillement ductile est un mécanisme possible pour l’initiation de la subduction. Nous montrons que la formule analytique présentée dans notre premier article peut s’appliquer aux scénarios à l’échelle lithosphérique avec une rhéologie et une géométrie complexe.

Dans le troisième article de cette thèse, nous présentons un nouveau modèle mécanique de détachement, de transport et d’empilement de nappes tectoniques, appliqué au système des nappes helvétiques. Les structures modélisées et le champ de température concordent avec les données du système des nappes helvétiques, caractérisé par l’empilement de la nappe de charriage du Wildhorn au-dessus de la nappe plissée de Mordes.

Thèse soutenue par Iris Schöllhorn, le 2 octobre 2019, Institut des sciences de la Terre (ISTE)

De la fin du Trias au Jurassique inférieur, deux grands évènements ont profondément bouleversés la Terre :

1. la crise de la fin du Trias (201.56 Ma),
2. l’événement anoxique du Toarcien (˜ 183 Ma).

La crise du Trias terminal, qui est une des cinq plus grandes extinctions de masse, a provoqué la disparition de 50-75 % des espèces, laissant ainsi de nombreuses niches écologiques à la disposition des dinosaures qui ont dès lors dominé durant le Jurassique. Elle fut causée par la mise en place d’une grande province magmatique (Central Atlantic Magmatic Province, CAMP) située sur les bordures de l’Atlantique, de l’actuel Canada au Brésil et du Portugal au Sénégal.

L’événement anoxique du Toarcien inférieur, lui, a été marqué par une forte réduction de la concentration en oxygène dans de nombreux bassins océaniques affectant ainsi la vie marine. Cet événement est également lié à un volcanisme induit par une gigantesque province magmatique (Karro-Ferrar) mais cette fois- ci située plus au Sud en Afrique du Sud et en Antarctique.

Bien que ces deux évènements aient été intensément étudiés, l’intervalle entre ces deux crises a reçu moins d’attention et est donc encore relativement méconnu. Cette période est caractérisée par la dislocation de la Pangée qui était encore un continent unique à la fin du Trias.

Sa fracturation a créé de nombreux nouveaux bassins et passages océaniques provoquant ainsi de grands changements dans les courants océaniques et dans la répartition des climats à échelle mondiale. L’Europe a alors été submergée et recouverte de mers tropicales peu profondes. En outre, le climat a également été influencé par des variations des paramètres orbitaux et par des événements volcaniques. Cependant, beaucoup de questions restent encore ouvertes :

Comment la biosphère a-t-elle récupéré après l’importante crise à la fin du Trias ?
Comment le climat a-t-il évolué lors de l’ouverture de la Pangée ?
A-t-il varié de façon homogène à travers l’Europe ?
Quelle est la répartition et l’ampleur des anoxies durant cet intervalle de temps ?
Le climat était-il influencé par des évènements volcaniques ?

Afin d’apporter des éléments de réponses à ces questions, nous avons étudié cette période entre ces deux crises. Dans ce but, nous avons effectué une vaste gamme d’analyses géochimiques, sédimentaires et palynologiques sur des échantillons de roches allant de l’Hettangien jusqu’au Pliensbachien (201.35 à 183.8 Ma) et représentant trois domaines paléogéographiques distincts en Europe (bassin de Wessex – S.O. de l’Angleterre ; bassin Alémanique S.-N. de la Suisse; bassin Lombard – S. de la Suisse).

Ces analyses nous ont permis de reconstituer un climat qui était changeant plutôt que stable. Durant le tout début du Jurassique des conditions appauvries en oxygène et une chute de la production carbonatée occasionnées par des conditions plus hydrolisantes en climat chaud et humide ont été enregistrées dans les bassins de Wessex et Lombard. Des conditions climatiques et environnementales stressantes ont donc perduré après la crise jusque dans le jurassique inférieur dans ces deux bassins.

Un autre événement a été enregistré à la limite Sinémurien-Pliensbachien. Ce dernier était caractérisé, aux alentours du bassin de Wessex, par des conditions plus sèches et probablement plus froides tandis que le bassin Lombard, au contraire, a enregistré des conditions plus hydrolisantes et probablement un climat plus chaud.

Par la suite, durant le Pliensbachien, les alentours du bassin de Wessex étaient caractérisés par des conditions globalement plus arides que l’Hettangien et le Sinémurien entrecoupées par des périodes plus humides. Cette évolution reflète des changements à long-terme impliquant soit une diminution de la pression partielle du dioxyde de carbone atmosphérique due à une réduction des émissions de gaz à effet de serre d’origine volcanique soit des variations dans les courants océaniques liés à l’ouverture de la Pangée.
Des analyses en mercure ont permis de mettre en évidence de potentiels évènements volcaniques durant cette période.

Un autre aspect, améliorant la compréhension des changements paléocéanographiques, a été l’étude de sédiments très condensés et riches en phosphore dans le sud du bassin Alémanique (Jura Est). Ces observations et leur comparaison avec d’autres études laissent supposer que le Jurassique inférieur pourrait être considéré comme un précurseur ayant mené à la mise en place d’un événement de phosphatogenèse global durant le Jurassique moyen et supérieur.

Thèse soutenue par Flore Lafaye de Micheaux, le 13 septembre 2019, Institut de géographie et durabilité (IGD)

Cette recherche s’inscrit dans une démarche de political ecology qui vise à interroger la formulation d’un problème environnemental, pour comprendre les ressorts de sa construction. (suite…)