Landscape morphologic evolution modeling: applications to the Seine and Marne valleys during the Quaternary
Modélisation de la dynamique des paysages : applications aux vallées de la Seine et de la Marne au quaternaire
Abstract
An original modeling of landscape erosion is proposed in order to estimate the valley deepening in relation with tectonics, relief and valley width, lithology, climate and sea-level change. It is based on the coupling between a fluvial erosion equation including width of river action (a concept which is infrequently used and which represents the width on which the river acts on the long range, erosion or deposits during the time of a climatic stage or more), and a slope evolution modeling. The evolution of hydraulic and sedimentary parameters (like flow rate, channel width or denudation rate and sedimentary load due to slope erosion) during the Quaternary was built from the results of the European project BIOCLIM for the climatic modeling. Put into practice with Seine and Marne valleys data, this model provides a good assessment of erosion and deposits process (incision amplitude and terrace thickness are estimated with an accuracy of 1 meter) and a better understanding of mechanisms and controls. In the upstream part of the river, the fluvial processes are dominated by climatic changes whereas eustatism, tectonics, climate and submarine topography drive at once the evolution of the valley in the downstream part. Besides, the analysis of test cases computed with several values of tectonic uplift allows us to present a map reporting the uplift rate in these Marne and Seine valleys. Finally, theses simulations of the landscape evolution in the past enable to specify coefficients and calibrate the model in preparation for prospective calculations.
Un modèle original d'érosion du paysage est proposé afin d'estimer l'évolution des vallées en fonction de la surrection tectonique, la largeur de la vallée, la lithologie, le climat et l'eustatisme. Il repose sur le couplage d'une équation relative à l'évolution du fond de la vallée incluant la largeur d'action (paramètre peu introduit jusqu'à présent dans les modèles d'érosion), avec une équation d'évolution de la pente des versants. L'évolution des paramètres hydrauliques (débit du cours d'eau et largeur du chenal) et sédimentaires (taux de dénudation et apport sédimentaire des versants à la rivière) au cours du dernier million d'années, a été reconstruite en fonction du climat en utilisant le système de prédiction bioclimatique BIOCLIM. Appliqué aux vallées de la Seine et de la Marne au Quaternaire, ce modèle permet une évaluation satisfaisante des processus d'érosion et dépôts (estimation au mètre près de l'amplitude des incisions et de l'épaisseur des dépôts fluviaux) et une meilleur compréhension de l'influence de chacun des mécanismes. Dans la zone amont du cours d'eau, l'érosion des rivières est commandée principalement par le climat tandis que dans la partie aval la formation des replats d'érosion est due à l'action conjuguée du climat, des variations du niveau marin, de la topographie sous marine et de la surrection tectonique. La comparaison des résultats obtenus suivants différents scénarios tectoniques avec les données de terrain conduit à la construction une carte des valeurs prises par la tectonique dans ces vallées. Enfin, l'étude des résultats du modèle sur le Quaternaire a permis de caler les coefficients en vue de calculs prospectifs.
Loading...