Réponse géomorphologique post-glaciaire et dynamique érosive dans les Alpes occidentales et les Pyrénées orientales (H/F)

Offre de thèse CNRS

Description du sujet de thèse

Quantifier la dynamique des reliefs reste problématique dans le contexte du changement climatique actuel, en partie car les processus géomorphologiques opèrent à des échelles de temps emboîtées et en partie inter-dépendantes. Les reliefs alpins ont été progressivement sculptés au cours du Quaternaire sous l’effet des oscillations glaciaires-interglaciaires, cependant l’impact des glaciations sur les milieux de montagne reste variable à l’échelle du globe. De plus, l’érosion actuelle des chaînes de montagne intègre à la fois (1) l’impact du changement climatique récent (10-100 ans) via le recul des glaciers actuels et la disparition du permafrost et (2) la réponse long-terme (1-10 ka) à la déglaciation et au conditionnement topographique (post-)glaciaire. Anticiper la réponse géomorphologique des environnements de haute et moyenne montagne aux scénarios climatiques futurs reste par conséquent un exercice semé d’incertitudes. Il exige de mieux appréhender la sensibilité des milieux de montagne au forçage climatique sur plusieurs échelles de temps et selon une approche multi-processus. Dans ce projet doctoral, nous envisageons d’étudier l’enregistrement géomorphologique dans deux laboratoires naturels sous un angle comparatif : les Alpes occidentales (AO) et les Pyrénées orientales (PO). L’objectif est de quantifier l’érosion postglaciaire et le transfert sédimentaire depuis le Dernier Maximum Glaciaire (DMG, ca. 20 ka), en réponse à la question suivante : quelles sont les interactions et temps de réponse entre changement climatique, déglaciation, et dynamique érosive dans les environnements alpins ?

La réponse géomorphologique à la dernière transition glaciaire-interglaciaire dans les AO et les PO apparaît contrastée. Dans les AO, le retrait glaciaire post-DMG a été accompagné de transformations topographiques majeures sous l’effet de l’incision fluviatile et des mouvements de versants, et a été associé à des forts taux d’érosion et de transfert de sédiments sur des échelles de temps actuelles à millénaires. Dans les PO, la réponse géomorphologique post-glaciaire semble plus limitée, illustrée par de plus rares instabilités de versant et une production de sédiments relativement modérée. Les taux d’érosion mesurés à l’échelle de bassins versants révèlent des régimes d’érosion contrastés entre les Alpes et les Pyrénées, avec des facteurs de contrôle variés impliquant la pente, la lithologie, et les caractéristiques hypsométriques du relief.

Ce constat soulève la problématique centrale du projet doctoral, qui vise à démêler les contributions respectives du pré-conditionnement topographique (facteurs de prédisposition liés aux héritages pléistocènes), du retrait glaciaire post-DMG, et du changement climatique actuel dans les régimes d’érosion en milieu de montagne. Les objectifs de ce projet sont ainsi : (1) de quantifier la distribution spatiale et temporelle (depuis le DMG jusqu’à l’Holocène tardif) des régimes d’érosion via les taux de dénudation mesurés à l’échelle de bassins versants dans les AO et les PO ; (2) de comprendre et tracer la production et le transfert sédimentaire aux échelles tardi- à post-glaciaires, avec des changements potentiels de sources sédimentaires au cours du temps ; et (3) de mieux appréhender comment les agents géomorphologiques et leurs constantes de temps respectives interagissent en réponse à un système climatique en transition.

Le projet sera organisé autour d’une approche multi-méthodes. Tout d’abord, le doctorant utilisera les nucléides cosmogéniques produits in-situ (10Be et 26Al sur quartz) mesurés dans des sables de rivière actuels dans les Pyrénées orientales. Ce travail permettra de compléter certaines données existantes et de nourrir une base de données pour les PO, afin de les comparer aux Alpes occidentales. Le doctorant produira également de nouvelles données cosmogéniques (10Be/26Al, possiblement 14C) sur des archives sédimentaires tardi-glaciaires à holocènes (dépôts lacustres et alluviaux) en vue de les utiliser comme traceurs des conditions paléo-environnementales et/ou comme paléo-taux d’érosion. La provenance sédimentaire sera étudiée grâce à des analyses minéralogiques et géochimiques pour quantifier les changements temporels dans les sources sédimentaires depuis le DMG. Les temps de transfert sédimentaire seront enfin évalués pour des dépôts tardi-glaciaires à post-glaciaires à partir de la géochimie sédimentaire pour dériver des indices d’altération et des séries U-Th pour estimer l’âge des sédiments (âge de communition). Via cette approche, nous pourrons ainsi étudier la contribution de sédiments (notamment glaciaires) remobilisés au cours du Tardiglaciaire/Holocène, et apprécier l’existence de stockages intermédiaires dans le transfert sédimentaire depuis les massifs jusqu’au piémonts. Ces résultats seront enfin incorporés dans des modélisations numériques des processus de surface (e.g. Landlab) qui permettent de simuler les états futurs du relief et l’évolution de la production sédimentaire (processus de pente et fluviatiles) à partir de forçages climatiques utilisés comme variables de contrôle.

Contexte de travail

Le projet doctoral sera développé à l’Institut des Sciences de la Terre, unité mixte de recherche de l’Université Grenoble Alpes, CNRS, USMB, IRD et IFSTTAR, situé 1381 rue de la Piscine 38400 Saint-Martin d’Hères et sur le Campus Scientifique du Bourget du Lac, dirigée par Philippe ROUX. Son effectif est de 300 personnes pour un budget annuel moyen 8 M€, organisé autour de 9 équipes de recherche et de services. ISTerre est un laboratoire intégré à l’Observatoire des Sciences de l’Univers de Grenoble (OSUG) et regroupe des recherches multidisciplinaires en Sciences de la Terre, centrées sur les approches combinant observations naturelles, recherches expérimentales et modélisations du système Terre. Grenoble est une ville agréable entourée des massifs alpins, avec accès à de nombreuses activités sportives ou de pleine nature, où la vie étudiante est de haute qualité.

L’équipe d’encadrement sera composée de Pierre Valla (ISTerre, CNRS-Université Grenoble Alpes) et de plusieurs proches collaborateurs à ISTerre et dans d’autres instituts nationaux/internationaux.

Le candidat devra avoir des connaissances en géomorphologie quantitative, géologie du Quaternaire, et/ou géochimie sédimentaire. Des compétences en analyse topographique, cartographie SIG, et modélisation numérique seront un avantage pour mener à bien ce projet et établir les collaborations envisagées. Le projet doctoral s’inscrit dans un projet financé par le 3e Programme d’Investissements d’Avenir (appel MOPGA : https://makeourplanetgreatagain-cnrs.com/) et intitulé MAGICLIM : "MountAin Glacier fluctuations and landscape dynamIcs under a changing CLIMate" (responsable scientifique : P. Valla). Outre le contrat doctoral, le projet MAGICLIM couvrira les besoins financiers pour les missions de terrain, les analyses et les déplacements planifiés (collaborations et conférences) dans le cadre du projet. De plus, le doctorant sera membre à part entière de l’équipe MOPGA, avec participation effective aux conférences associées au projet.

Les candidats devront avoir suivi un cursus de Master en Géologie, Géophysique, Géographie physique ou autre discipline quantitative en sciences naturelles, avec un fort intérêt pour la dynamique de la surface terrestre. Ils devront avoir des compétences avérées en communication orale/écrite en anglais, niveau B2, (une maîtrise au moins partielle du français sera un avantage, notamment pour les interactions sociales et la vie à Grenoble).