La cordillère des Andes, l'un des plus hauts massifs montagneux au monde. © 472619, Pixabay, Creative Commons
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Tectonique des plaques ou érosion : quel processus agit sur la hauteur des montagnes ?

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Pourquoi certaines montagnes continuent-elles de grandir alors que d'autres se stabilisent ou encore diminuent ? Une nouvelle étude fait le point sur les facteurs qui participent à la dynamique topographique des montagnes.

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S'il est évident que les montagnes naissent sous l'effet des forces tectoniques compressives, leur vie de relief mature est gouvernée par une balance entre vitesse de convergence des plaques, équilibre isostatique et processus érosifs.

Comme tout centimètre carré de la surface terrestre, les montagnes sont en effet soumises à l'abrasion et à l'altération continue du vent et de l'eau. Elles le sont d'autant plus que le relief est important. Ces processus de surface jouent d'ailleurs un rôle majeur dans la régulation du climat, certaines réactions d'altération étant associées à une fixation du CO2 atmosphérique. L'altération des roches met également à disposition de grandes quantités de nutriments qui vont venir enrichir les océans et soutenir la productivité marine. Il est communément admis que la surrection des grandes chaînes de montagnes s'accompagne d'une hausse des processus d'altération des roches, qui peut avoir un impact significatif sur le système climatique. Climat et tectonique sont ainsi intimement liés.

Les rivières participent très activement à l'abrasion des montagnes. © Florian Konrad, imaggeo.egu.eu

Comment les montagnes arrivent-elles à maintenir leur hauteur malgré l’érosion ?

Cependant, on ne sait pas encore clairement comment s'équilibre (ou pas) ces différentes forces qui contrôlent la hauteur des montagnes sur le très long terme. Il apparaît en effet qu'en dépit de très forts taux d'érosion, certains orogènes actifs arrivent tout de même à « survivre » et à maintenir leur topographie durant des centaines de millions d'années.

Une équipe de recherche s'est donc attelée à concevoir un nouveau modèle numérique couplant processus de surface, forces tectoniques et résistance lithosphérique. Ils ont pour ceci utilisé un nouveau paramètre, intitulé « nombre de Beaumont » (Bm) en référence au chercheur Christopher Beaumont (Dalhousie University, Halifax, Canada) qui l'a développé. Ce nombre sans dimension permet de quantifier plus facilement les différents facteurs contrôlant l'évolution topographique des reliefs et d'identifier celui qui est alors dominant.

Trois types de montagnes

Trois types d'orogènes actifs ont ainsi été définis. Le type 1 (Bm>0,5) correspond à un état non stable, contrôlé principalement par les forces tectoniques et la dynamique de la lithosphère. Les montagnes continuent donc de grandir, malgré l'action des processus de surface. C'est le cas par exemple des deux plus importantes chaînes de montagnes : l'Himalaya et les Andes. Le type 2 (Bm environ égal à 0,4-0,5) correspond à un état stable dominé par les forces tectoniques. La hauteur des reliefs reste ici constante, la forte croissance topographique liée à la tectonique des plaques et à la dynamique de la lithosphère étant efficacement contrebalancée par les processus de surface. C'est le cas de Taiwan. Le type 3 (Bm<0,4) correspond à un état stable dominé cette fois-ci par l'érosion. La hauteur est également constante au cours du temps, mais c'est ici l'érosion qui est contrebalancée par la tectonique. Un exemple : les Alpes du Sud en Nouvelle-Zélande (attention, malgré le nom, il ne s'agit en rien des Alpes qui marquent la topographie ouest européenne). 

Le mont Everest dans la chaîne himalayenne, qui est actuellement en croissance. © Tarik Goc, Fotolia

Climat, résistance de la croûte et vitesse de convergence des plaques

Le nouveau modèle numérique développé par l'équipe permet ainsi de quantifier l'effet des différents facteurs affectant la hauteur des montagnes. Les paramètres principaux qui entrent en jeu sont le climat de la région, qui détermine directement le taux d'érosion et d'altération, mais également la résistance de la lithosphère, qui va gouverner la capacité de rebond de la croûte en réponse à l'abrasion, ainsi que la vitesse de convergence des plaques.

Un climat humide favorise de forts taux d'altération et d'érosion sur les reliefs montagneux. © Darshak Pandya, Pixabay

De façon simplifiée, les résultats publiés dans la revue Nature montrent que pour comprendre la dynamique topographique d'une chaîne de montagnes, il suffit de savoir si le climat est humide ou sec, si la croûte est résistante ou faible, et si les plaques convergent rapidement ou lentement.

Pour en savoir plus

La hauteur des massifs montagneux est-elle influencée par l’érosion ou la tectonique des plaques ?

L'origine de l'élévation des massifs montagneux a longtemps été un sujet de débat chez les scientifiques. Celle-ci est-elle plutôt influencée par l'érosion causée par les éléments, ou la tectonique des plaques pourrait-elle y avoir son rôle à jouer ? Une nouvelle étude propose une réponse.

Article de Emma Hollen publié le 11 juin 2020

C'est un débat qui anime depuis longtemps la communauté scientifique : l'érosion détermine-t-elle la hauteur des sommets des massifs montagneux ou leur altitude est-elle plutôt influencée par des processus tectoniques ? Une nouvelle étude parue dans la revue Nature apporte de nouveaux éléments de réponse, suggérant que la subduction des plaques à l'origine de l'élévation de ces géants de roche, viendrait aussi contrebalancer l'action érosive des éléments.

La chaîne de l'Himalaya est formée par la subduction de la plaque indienne sous la plaque eurasienne. © AFP, Fadel Senna

À l'origine des massifs montagneux

Les plus hauts massifs montagneux sur Terre s'élèvent à la frontière entre des plaques tectoniques convergentes. La chaîne de l'Himalaya, par exemple, est le résultat de la collision entre les plaques indienne et eurasienne, tandis que la cordillère des Andes a émergé de la rencontre des plaques sud-américaine, de Nazca et Antarctique. La compression exercée par ces deux dernières contre la plaque sud-américaine au cours des 20 derniers millions d'années a permis l'élévation de la région à une altitude dépassant par endroits les 1.500 mètres.

Lors de ce processus, baptisé « subduction », deux plaques se déplacent l'une vers l'autre jusqu'à ce que la plaque océanique soit contrainte de glisser sous la plaque continentale afin de poursuivre sa route, s'enfonçant dans les profondeurs du manteau terrestre. Cette embrassade géologique occasionne une forte activité sismique et volcanique ; au cours de millions d'années, elle provoque la déformation progressive et titanesque de la plaque supérieure, formant alternativement une chaîne de montagne, ou un bassin comme la mer Égée.

Un équilibre entre érosion et subduction

Dans leur nouvelle étude, le chercheur Armin Dielforder et son équipe expliquent que l'érosion par les rivières et les glaciers des sommets montagneux ne suffit pas à réduire drastiquement l'élévation des massifs montagneux. En analysant les propriétés des plaques tectoniques formant des massifs et en calculant les forces appliquées à la jonction entre celles-ci, les chercheurs ont pu démontrer une corrélation entre les forces à la bordure des plaques d'un côté, et l'altitude et le poids des montagnes de l'autre.

Cette corrélation a été observée pour tous les massifs étudiés, situés à diverses latitudes et donc soumis à différents climats et taux d'érosion. En conclusion, tandis que l'érosion émousse les sommets montagneux, la force de subduction, elle, participe à leur élévation constante, donnant aux massifs les proportions que nous leur connaissons aujourd'hui. Cette importante découverte ouvre de nouvelles voies dans l'étude du développement et de la croissance des montagnes sur le long terme.

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