La genèse des Andes, la poule et l'oeuf entre tectonique et climat ?

Les périodes de création de grandes chaînes de montagnes et hauts plateaux de notre planète comme l'Himalaya-Tibet ou les Andes-Altiplano seraient-elles responsables des grands changements climatiques? Ou est-ce précisément l'inverse: les grands changements climatiques en seraient-ils la cause et non la conséquence? Il s'agit d'un problème de poule et d'oeuf, à la fois de tectonique, de géomorphologie et de climatologie. Malgré son importance, ce problème conceptuel pluridisciplinaire est resté longtemps dans l'ambigüité, sans solution convaincante. Sur la base d'arguments principalement géologiques et géomorphologiques, des chercheurs de l'Institut de Physique du Globe de Paris (CNRS, Paris Diderot, Sorbonne Paris Cité) et de l'Université du Chili viennent de montrer quelles sont les interactions entre tectonique et climat dans le cas des Andes Centrales. Ces travaux ont été publiés dans la revue Earth-Sience Reviews.


Vue 3D du front andin (entre "Atacama Bench" et Altiplano). Le plissement des roches mésozoïques (au premier plan) et le développement progressif des surfaces d'érosion et de dépôt témoignent de l'évolution tectonique (chevauchements vers l'ouest) et climatique (hyper-aridité de plus en plus marquée du désert d'Atacama). © Armijo et al. 2015

Pour cette étude, l'équipe a analysé l'évolution des paysages associée aux conditions climatiques et les structures géologiques accessibles sur le versant Pacifique des Andes Centrales, de l'Altiplano (à plus de 4 000m) jusqu'au littoral. Deux grandes entités géologiques marquent cette région du globe: le désert côtier d'Atacama (désert hyper aride, réputé le plus aride du monde) et un système de grandes failles chevauchantes parallèles à la plaque océanique Nazca qui plonge sous la plaque Amérique du Sud (subduction). Ce système chevauchant a formé le plus grand relief tectonique sur Terre en terme de dénivelé (~13km) entre la Cordillère Occidentale (4500 à 5000m) et la fosse du Pérou-Chili profonde de 8000m.

Pour les Andes Centrales, la synthèse de nombreuses données existantes (géophysiques, géologiques, géomorphologiques et climatiques) a permis aux auteurs de construire une coupe tectonique complète à la latitude 21°S, révélant une particularité des Andes Centrales ignorée jusque là. Dans son ensemble, la Cordillère est prise en étau entre un bloc marginal lié à la subduction à l'Ouest et le bouclier brésilien à l'Est conduisant à ce que les spécialistes appellent une bivergence (cf figure...). Ce nouveau modèle mécanique permet aux auteurs de revoir également le modèle d'évolution de l'orogenèse Andine pour les derniers 50 Ma.

Alors qu'il était admis que la chaîne s'était formée au cours d'une succession de phases tectoniques synchrones tout le long de la chaîne, globalement liées au fonctionnement de la subduction, les chercheurs de l'IPG et de l'Université du Chili proposent un nouveau scénario. La croissance de la chaîne a débuté au point singulier "du coude d'Arica", l'actuel point d'inflexion de l'Amérique du Sud. De là, au cours du temps, la chaîne s'est propagée à la fois vers le nord et le sud, en se développant en éventailaussi bien vers l'Est que vers l'Ouest (bivergence). Sa croissance a ainsi été essentiellement progressive, tout en étant ponctuée par des évènements d'accélération en lien avec l'évolution climatique du globe depuis 50 millions d'années.

Poursuivant la synthèse à une échelle encore plus grande, les auteurs ont mis en évidence l'évolution simultanée sur les derniers 50 Ma de l'orogenèse Andine, de l'ouverture graduelle du passage de Drake qui sépare l'Antarctique de l'Amérique du Sud et du refroidissement global de notre planète, marqué par le développement depuis 30 Ma des calottes glaciaires Antarctique, puis Arctique. Tous ces phénomènes apparaissent guidés sur ces très longues périodes de temps par la circulation visqueuse du manteau terrestre en-dessous et autour du continent sud-américain suivant un processus proposé dans les années 1990 * sur la base de l'anisotropie sismique du manteau. La tectonique des plaques serait ainsi le moteur primaire de ces évolutions couplées.

Pendant ce temps, l'action du climat sur le relief a fait son oeuvre en surface. Lors d'épisodes de courte durée, le versant Pacifique des Andes Centrales s'est déséché par étapes successives jusqu'à l'isolement du Désert d'Atacama. Ce phénomène serait responsable de la réduction des vitesses d'érosion et de la formation par paliers du paysage en hauts plateaux. L'activité de grands chevauchement et l'épaississement de la croûte étant impossible à maintenir au même endroit sans une dose minimum d'érosion, l'hyper-aridification aurait virtuellement "figé" l'activité tectonique sur le flanc ouest des Andes.Ceci aurait favorisé l'élargissement de la chaîne par migration progressive de chevauchements vers l'intérieur du continent sud-américain et les régions plus érosives et plus humides de l'Amazonie. Ces enchaînements de phénomènes de plus courte durée seraient des rétroactions ("feed-backs") importantes du refroidissement global sur l'évolution géomorphologique et tectonique de l'Orogène Andin.

En résumé, l'évolution de l'orogenèse Andine à long terme (sur 50 Ma) et le refroidissement planétaire (depuis l'optimum climatique de l'Eocene Inférieur ~51 Ma) seraient gouvernés par la tectonique des plaques, tandis que les épisodes morpho-tectoniques de l'évolution de la chaîne à moyen terme (sur des durées de typiques de ~10Ma) seraient pilotés par des épisodes d'accélération bien connus du refroidissement global, vers la fin de l'Eocène (~33 Ma) et au Miocène Moyen (~15-10 Ma). Le problème de poule et d'oeuf serait ainsi résolu.

Ce travail a été soutenu par le CNRS-INSU, l'Agence Nationale de la Recherche (projet MegaChile) et le LABEX UnivEarthS. Les recherches franco-chiliennes sont coordonnées par le LIA Montessus de Ballore (CNRS-INSU, Université du Chili).