tesis aguilar 2010_recto verso

317 Pages·2010·7.94 MB·Spanish

by  German Aguilar

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UniversitéToulouse3PaulSabatier(UT3PaulSabatier)
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Géologie - Géomorphologie
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GermánAlfredoAG(cid:0)UILARMARTORELL
(cid:76)(cid:69)(cid:0)(cid:26) 01/10/2010 (cid:0)
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Erosion et transport de matière sur le versant occidental des Andes semiarides
du Nord du Chili (27 - 32 ° S): depuis une approche à grande échelle
temporelle et spatiale, jusqu'à l'évolu(cid:0)tion quaternaire d'un système fluvial
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GabrielGonzález(Prof.UCN-Antofagasta);MichelSébrier(D.R.CNRS-Paris);
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StéphaneBonnet(Prof.UniversitédeRennes1);GabrielVargas(Prof.UniversitéduChili-
Santiago);ArturoJensen(Prof.UCN-Antofagasta);JosephMartinod(Prof.UPS-Toulouse);
RodrigoRiquelme(Prof.UCN-Antofagasta)
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Sciencesdel'Univers,del'Environnementetdel'Espace(SDU2E)
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Laboratoire des Mécanismes et Transfert en Géologie (LMTG)
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Joseph Martinod ; Rodrigo Riquelme
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MichelSébrier;StéphaneBonnet;GabrielVargas

Université de Toulouse - Paul Sabatier (UPS)
Ecole Doctorale Sciences de l’Univers, de l’Environnement et de l’Espace
Universidad Católica del Norte (UCN)
Facultad de Ingeniería y Ciencias Geológicas
Thèse pour obtenir le Grade de Docteur en Sciences de la Terre de l’Université de Toulouse et
el Grado de Doctor en Ciencas, mencion Geologia de la Universidad Catolica del Norte (Chili)
Érosion et transport de matière sur le versant occidental des Andes semi-
arides du Nord du Chili (27 - 32 ° S) : d'une approche à grande échelle
temporelle et spatiale, jusqu'à l'évolution quaternaire d'un système fluvial
Erosión y transporte de materia en la vertiente occidental de los Andes
semiáridos del Norte de Chile (27 - 32° S): desde un enfoque a gran escala
temporal y espacial, hasta la evolución cuaternaria de un sistema fluvial
Germán Alfredo AGUILAR MARTORELL
JURY
Dr. Gabriel González Prof. UCN Antofagasta Président
Dr. Michel Sébrier D.R. CNRS Paris Rapporteur
Dr. Stéphane Bonnet Prof. U. de Rennes Rennes Rapporteur
Dr. Gabriel Vargas Prof. U. de Chili Santiago Rapporteur
Dr. Arturo Jensen Prof. UCN Antofagasta Invité
Dr. Joseph Martinod Prof. UPS Toulouse Directeur
Dr. Rodrigo Riquelme Prof. UCN Antofagasta Co-directeur
Thèse préparée en co-tutelle entre l’Universite de Toulouse Paul Sabatier
et l’Universidad Católica del Norte.
ii
Agradecimientos
La realización de este trabajo se llevó a cabo gracias al financiamiento
del Proyecto CORFO InnovaChile 05CR11IXM-28, “Evaluación Hidrogeológica
de la Cuenca del Río Huasco, con Énfasis en la Cuantificación y Dinámica de
los Recursos Hídricos Superficiales y Subterráneos”. Este proyecto fue
realizado en forma conjunta por la Universidad Católica del Norte (UCN,
Antofagasta-Chile) y el Servicio Nacional de Geología y Minería
(SERNAGEOMIN, Chile). Estudiantes de pregrado de la Universidad Católica
del Norte han desarrollado su memoria de titulo de geólogo en el marco de este
proyecto. Concretamente, en este trabajo se ha integrado el trabajo de los
estudiantes P. Lohse, P. Oliva, J.L. Cerda, P. Navarrete, S. Herrera y A.
Verdejo. Se agradece el apoyo de todos los participantes del proyecto, así
como al personal académico, técnico y administrativo de la Universidad Católica
del Norte.
En el transcurso de este estudio se ha establecido una estrecha
cooperación con profesores, investigadores, estudiantes de doctorado, técnicos
y personal administrativo del Laboratoire des Mécanismes et Transfers en
Géologie (LMTG – Toulouse, Francia), específicamente con el Equipe
Géodynamique. Un primer acercamiento a la colaboración con investigadores
franceses se llevo acabo gracias a una estadía en Toulouse-Francia en enero
de 2008 financiada por el proyecto ECOS-CONICYT. En particular se agradece
la contribución de los académicos J. Martinod, J. Darrozes, V. Regard y S.
Carretier y de la estudiante de doctorado E. Pepin. También, agradecimientos al
personal administrativo del LMTG y de la Ecole Doctorale Sciences de l’Univers,
de l’Environnement et de l’Espace.
En el marco de la cooperación entre investigadores chilenos y franceses,
parte de los resultados de la presente tesis se incluyen en el Proyecto ANR-06-
JCJC-0100 ANDES, “Analysing Differences in Erosion rate and Sediment
discharges over the time in the Andean fore arc region (Peru and Chile)”
i
en el cual colaboran instituciones francesas y chilenas. Se agradece el apoyo
de todos los participantes del proyecto, en especial a S. Carretier y V. Regard,
por su disposición a compartir e integrar los resultados de los análisis de 10Be.
Se agradece la asistencia de los servicios del Laboratoire Béryllium y Atelier
Roches del LMTG, en la extracción de 10Be de las muestras de sedimentos
fluviales.
Durante los años de preparación de la tesis se han sucedido una serie de
becas de doctorado que han permitido la manutención, traslado Chile-Francia y
la compra de insumos no incluidos en los proyectos marcos. A continuación se
agrega un listado de las becas obtenidas y sin cuyo financiamiento la
realización de la presente tesis no habría sido posible.
• Beca otorgada por la Universidad Católica del Norte, que permitió la
manutención en Antofagasta-Chile entre Abril de 2006 y noviembre de
2009.
• Beca de pasantía de la Comisión Nacional de Ciencias y Tecnología
(CONICYT), que posibilito una estadía en Toulouse-Francia entre marzo
y agosto de 2008.
• Beca de apoyo a la realización de tesis doctoral 2008 (CONICYT), que
financio la compra de productos químicos para la extracción del 10Be de
sedimentos fluviales.
• Bourses d'excellence Eiffel (Égide) otorgada por el ministère des Affaires
étrangères et européennes, que permitio la manuntencion en Toulouse-
Francia entre diciembre de 2009 y septiembre de 2010.
Un especial agradecimiento a todas las personas que han enriquecido
las discusiones en torno al complejo relación entre tectónica, clima y erosión en
los Andes: T. Bissig, S. Carretier, J. Cembrano, J. Darrozes, M. Farias, G.
Gonzalez, E. Maire, M. Mardonez, V. Regard, y en particular a mis profesores
guías, J. Martinod (UPS-Toulouse) y R. Riquelme (UCN-Antofagasta). Las
conclusiones de esta tesis fueron construidas en base a esas discusiones, por
ii
lo que sin ellas, no se hubiera logrado los objetivos del trabajo. Agradecimientos
a los revisores anónimos del articulo sometido a Earth surfaces Prosess and
landforms, cuyos comentarios entregaron otra mirada a los resultados de tasas
de erosión a escala de millones de años y la configuración morfométrica de los
sistemas fluviales en los Andes semiáridos.
Finalmente un reconocimiento especial a mi pareja Carolina y a mi hijo
Antonio, sin su cariño no hubiera podido llevar a cabo esta investigación. A mis
padres, Alfredo y Concepción, por su apoyo durante los largo años de estudio.
A los amigos de Antofagasta, que me recibieron siempre con los brazos
abiertos, y a los hermanos latinoamericanos residentes en Toulouse, sin ellos
hubiera sido difícil continuar la fiesta y organizar un sinnúmero de actividades
que matizaron mi estancia en esa hermosa ciudad del suroeste de Francia. No
puedo dejar pasar la oportunidad de hacer un agradecimiento póstumo a mi
abuela Elsa y a mi tía María del Pilar, ellas nos dejaron en el transcurso de esta
investigación, sin embargo han estado presentes durante todo el ciclo, hasta la
escritura de la última letra plasmada en este texto.
A Elsa y María del Pilar
iii
Résumé étendu
Entre 27 et 32°S, le versant chilien semi-aride des Andes est divisé en deux
unités morpho-structurales majeures : la Cordillère de la Côte et la Cordillère
Principale. A ces latitudes, de vastes surfaces de pédiment sont préservées au
niveau des interfluves des grands bassins versants correspondant aux rivières
qui traversent l’avant-arc andin. Les pédiments de la Cordillère de la Côte
correspondent à une morphologie sénile, qui résulte de la combinaison de
conditions climatiques arides et d’une tectonique peu active au cours du
Néogène. En revanche, les pédiments de la Cordillère principale sont fortement
incisés par des vallées dont la profondeur atteint 2 km. Cependant, ces
profondes vallées mises à part, les pédiments préservés au niveau des
interfluves de la haute chaîne ont des traits morphologiques équivalents à ceux
des surfaces planes de la Cordillère de la Côte. Cette thèse correspond à
l’étude de la réponse morphologique au soulèvement relatif de la Cordillère
Principale par rapport à la Cordillère de la Côte, qui a entraîné le creusement
des vallées qui découpent la Cordillère Principale.
La présence des pédiments dans la Cordillère Principale montre que le
paysage se trouve encore aujourd’hui dans un stade transitoire d’évolution
morphologique à la suite du soulèvement de la chaîne. L’analyse
morphométrique confirme la jeunesse des paysages de la Cordillère Principale,
et la vieillesse de ceux de la Cordillère de la Côte. La distribution géographique
des paramètres morphométriques (pentes, hypsométrie des bassins tributaires
des principales vallées) permet de localiser la rupture morphologique entre les
deux unités majeures. Elle suggère que le soulèvement de la Cordillère
Principale a été accommodé par des failles inverses à fort pendage et à
vergence ouest. En particulier, des mouvements anciens comme ceux d’âge
Oligocène accommodés par la faille de Vicuña-San Félix ont pu initier le
soulèvement relatif de la Cordillère Principale. Ces mouvements ont entraîné
l’incision de la Cordillère Principale par les profondes vallées actuelles.
iv
Pour dater et évaluer la vitesse de la réponse érosive au soulèvement de la
chaîne, nous avons quantifié les volumes érodés dans la vallée du Rio Huasco
en utilisant des méthodes de morphologie mathématique, et en s’appuyant sur
l’âge de roches volcaniques déposées sur les pédiments préservés au niveau
des interfluves. Ces analyses montrent que l’érosion régressive résultant du
soulèvement de la Cordillère Principale a atteint la partie la plus haute de la
chaîne (Cordillère Principale Orientale, à proximité de la frontière argentine)
vers 8 + 2 Ma, provoquant (1) une accélération de la vitesse de dénudation
depuis des valeurs comprises entre 5 et 30 m/Ma jusqu’à des valeurs comprises
entre 45 et 75 m/Ma dans cette partie de la chaîne, et (2) un changement
morphologique d’un paysage dominé par des pédiments actifs à un paysage
dominé par l’incision des vallées. Par ailleurs, des épisodes de soulèvement
ultérieurs et/ou les changements climatiques globaux ont entraîné l’apparition de
conditions climatiques plus humides sur les parties sommitales de la Cordillère,
qui se sont traduites par la formation de glaciers qui y ont constitué un important
agent érosif. En effet, la corrélation positive entre (1) le pourcentage de relief
recouvert par les glaces lors d’épisodes humides, (2) des moindres valeurs
d’intégrales hypsométriques et (3) de plus forts taux d’érosion, montre que
l’érosion glaciaire a joué un rôle majeur au Plio-Quaternaire. Les forts taux
d’érosion calculés pour cette période, comparés à ceux calculés par d’autres
auteurs dans le Désert d’Atacama où la sécheresse a minimisé la formation de
glaciers, renforce cette observation.
En dépit de l’accélération de l’érosion au moment de la transition Miocène-
Pliocène, des surfaces de pédiment Miocènes ont été préservées jusqu’à
aujourd’hui dans la Cordillère Principale, ce qui montre une forte variabilité dans
la distribution géographique de l’érosion. Nous avons estimé les vitesses
d’érosion moyennées sur l’ensemble d’un bassin versant en mesurant les
concentrations en 10Be dans des sables d’une part, et des galets de 5 à 8 cm de
diamètre d’autre part, prélevés dans le Rio Huasco et ses affluents. La période
v
pour laquelle on obtient des valeurs de taux d’érosion correspond aux dernières
dizaines de milliers d’années. Les concentrations en 10Be sont
systématiquement plus élevées dans les sédiments fins. Les taux d’érosion
calculés sont de 29 à 36 m/Ma si l’on considère les concentrations mesurées
dans les sédiments fins. Ils sont plus élevés (entre 71 et 107 m/Ma) si l’on
considère les concentrations mesurées dans les galets. Ces valeurs distinctes
en fonction de la taille des sédiments prélevés suggèrent qu’elles correspondent
à des processus d’érosion différents. Les valeurs obtenues sur les galets
seraient représentatives de l’incision des vallées encaissées, tandis que les
sables proviendraient en partie des surfaces plus planes des interfluves. En
effet, les valeurs calculées sur les sables sont semblables aux valeurs
moyennes calculées pour l’incision des vallées lors des derniers 8±2 Ma. Cette
coïncidence suggère en outre que les processus d’incision de vallées ont été
relativement constants au cours des derniers millions d’années, et que les
vitesses d’érosion à l’échelle de quelques dizaines de milliers d’années sont
représentatives des vitesses long-terme dans les systèmes fluviaux des Andes
semi-arides du Chili.
Pour connaître les processus d’érosion, de transport et de sédimentation
dans ces vallées, nous avons réalisé une étude morpho-stratigraphique des
dépôts fluvio-glaciaires des vallées des Rios Huasco et Elqui. Cette étude
s’appuie sur la datation des dépôts sédimentaires par 14C, et de surfaces
morphologiques à l’aide d’isotopes cosmogéniques 10Be. Elle montre que la
dynamique de transfert de matière au cours des derniers 30 000 ans est
contrôlée par l’érosion glaciaire et la production de sédiments glacigéniques en
amont, et d’autre part par la capacité des fleuves d’exporter ces sédiments vers
l’aval. Cette dynamique est fortement influencée par l’alternance des glaciations
et des retraits glaciaires. L’intégration de ces résultats montre que la réponse
érosive au soulèvement des Andes et la mise en place d’une dynamique
paraglaciaire dans les Andes semi-arides du nord du Chili ont contrôlé la
vi