Démantèlement des volcans d'Andes Centrales et variations paléoclimatiques depuis 20 Ma, approches géomorphologiques et géochronologiques // Erosion of Central Andean volcanoes and paleoclimatic variations since 20 Ma, by geomorphological and geochronolog

Le projet de thèse vise à quantifier l'érosion et les variations climatiques ayant régné depuis 20 Ma dans les Andes Centrales, par des approches géochronologiques et morphométriques du volcanisme. La zone d'étude, nord de l'Argentine et du Chili, et sud de la Bolivie, bénéficie de conditions exceptionnelles pour l'étude des variations climatiques néogène et quaternaires. Elle a connu un volcanisme continu depuis au moins le Miocène sous un climat majoritairement aride. Ceci a permis la préservation de volcans présentant un vaste éventail de morphologies volcaniques depuis des édifices actifs et vierges de toute érosion jusqu'à des volcans très fortement disséqués. Il s'agit donc d'une région unique pour quantifier l'érosion à long terme, étudier sa dynamique et en déduire une signature long-terme des variations climatiques. Ce projet fait intervenir des chercheurs français (GEOPS, CEREGE, LSCE) et argentins (CONICET).
Le doctorant étudiera la manière dont les couplages Terre interne (volcanisme) et enveloppes superficielles (érosion) dictent l'évolution géomorphologique des volcans durant leur démantèlement en lien avec les évolutions climatiques locales. Les travaux antérieurs de l'équipe encadrante (i.e. Dibacto et al., 2020; Germa et al., 2015; Grosse et al. 2014) ont posé les bases analytiques de la quantification des volumes émis et érodés en relation avec les contextes géodynamiques et climatiques. Ce projet enrichira la connaissance de ces processus de construction/érosion en l'étendant au contexte de subduction continentale en climat aride avec une signature glaciaire quaternaire. Vu le spectre d'âges des volcans cibles (20 ka à 20 Ma), les volumes démantelés et les taux de dénudation obtenus couvriront plusieurs ordres de grandeur, détaillant ainsi la dynamique de l'érosion au cours du temps et donc des fluctuations climatiques. Ces données apporteront également des contraintes sur la dynamique sédimentaire des bassins arrière-arc présents au pied des reliefs andins.
L'étude apportera de nouvelles contraintes géochronologiques (datations K-Ar et 36Cl cosmogéniques sur laves et Ar/Ar sur téphras) et géomorphologiques des édifices volcaniques (sur le terrain et par analyse des MNT). Les secteurs où les datations manquaient ont été échantillonnés en 2024, offrant une riche collection de roche permettant de combler ce déficit en contraintes géochronologiques sur une vingtaine de volcans présentant une grande variation dans le degré de dégradation, depuis des édifices pratiquement vierges à d'autres très fortement disséqués. En parallèle, le travail de quantification des dynamiques de construction/destruction sera réalisé sur les volcans où les contraintes chronologiques sont déjà suffisantes puis sur les édifices nouvellement datés. Les taux éruptifs et d'érosion seront calculés à partir des modélisations numériques et des âges d'exposition. Ainsi, les taux déduits de ces volumes et du rapport au temps apporteront des contraintes sur la dynamique orogénique, orographique et climatique des Andes Centrales.
De plus, les volcans des Andes Centrales offrent des conditions idéales (forte altitude, climat aride, bonne préservation des surfaces rocheuses) pour calibrer les taux de production du 36Cl cosmogéniques, valeurs centrales dans le calcul d'âge d'exposition mais qui restent peu étudiées. Nous apporterons de telles calibrations en travaillant sur des échantillons issus de coulées de lave dont l'âge de l'éruption aura été contraint par les méthodes du chronomètre potassium-argon.
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The PhD project aims to quantify the erosion and climatic variations that have reigned since 20 Ma in the Central Andes, through geochronological and morphometric approaches to volcanism. The study area (northern Argentina and Chile, southern Bolivia) benefits from exceptional conditions for studying Neogene and Quaternary climatic variations. It has experienced continuous volcanism since the Miocene in an arid to hyper-arid climate. This has allowed the preservation of volcanoes presenting a wide range of volcanic morphologies, from active buildings untouched by erosion to highly dissected volcanoes. It is, therefore, a unique region for quantifying long-term erosion, studying its dynamics and deducing a long-term signature of climatic variations. This project involves researchers in France (GEOPS, CEREGE, LSCE) and Argentina (CONICET).
The PhD will involve studying how the internal Earth couplings (volcanism) and surface envelopes (erosion) dictate the geomorphological evolution of volcanoes during their dismantling in connection with local climatic developments. The supervisory team's previous work laid the analytical foundations for the quantification of the volumes emitted and eroded in relation to the geodynamic contexts and climatic (Grosse et al. 2014, 2022; Dibacto et al., 2020; Germa et al., 2015). This project will enrich the knowledge of these construction/erosion processes by extending it to the context of continental subduction in an arid climate with a Quaternary glacial signature. Given the age spectrum of the target volcanoes (20 ka to 20 Ma), the volumes dismantled and the denudation rates obtained will cover several orders of magnitude, thus detailing the dynamics of erosion over time and therefore climatic fluctuations. These data will also provide constraints on the sedimentary dynamics of the back-arc basins present at the foot of the Andean reliefs.
The study will provide new geochronological constraints (K-Ar and 36Cl cosmogenic dating on lavas and Ar/Ar on tephras) and geomorphological constraints on volcanic edifices (in the field and by analysis of DEMs). The sectors where dating was lacking were sampled in 2024, providing a rich collection of rock to fill this deficit in geochronological constraints on about twenty volcanoes showing a large variation in the degree of degradation, from practically virgin buildings to others very strongly dissected. In the other hand, the work of quantifying the dynamics of construction/destruction will be carried out on the volcanoes where the chronological constraints are already sufficient and then on the newly dated buildings. We will calculate eruptive, and erosion rates based on digital modelling and age of exposure. Thus, the rates deduced from these volumes and the relationship to time will provide constraints on the orogenic, orographic and climatic dynamics of the Western Cordillera.
Moreover, the volcanoes of the Central Andes offer ideal conditions (high altitude, arid climate, good preservation of rock surfaces) to calibrate the cosmogenic 36Cl production rates, central values in the calculation of exposure age but which remain to be more constrained. We will provide such calibrations by working on samples from lava flows whose eruption age will have been constrained by potassium-argon chronometer methods.
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Début de la thèse : 01/10/2025
WEB : https://www.linkedin.com/pulse/argchibolvolc-project-pierre-lahitte-zp0be

Contrats ED : Programme blanc GS-GCE

Université Paris-Saclay GS Géosciences, climat, environnement et planètes

579 Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences

Titulaire d'un Master 2 (ou en cours d'obtention), géologue, géomorphologue ou paléo-climatologue de formation, les candidats devront avoir une forte appétence pour les approches numériques, le travail de terrain, et/ou la géochronologie. Le doctorant effectuera un travail de datations isotopiques (préparation puis mesures). Il exploitera également des outils numériques développés sous Matlab ou en Python pour l'automatisation de certaines taches sous SIG. Une expérience dans les environnement SIG (QGIS, ArcGIS) ou de développement algorithmique serait donc appréciée.
A trained master student, geologist, geomorphologist or paleo-climatologist, candidates must have a strong appetite for digital approaches, fieldwork, or geochronology. The PhD student will perform isotopic dating analysis, performing sample preparations and measurements. He/she will use tools developed in Matlab or Python to automate certain tasks in GIS. Experience in GIS software (QGIS, ArcGIS) or algorithmic development would therefore be appreciated.