Mots clés : Tibet, relief, Himalaya, épaississement crustal

Le plateau du Tibet : caractéristiques, origine et évolution

Loraine Gourbet

ENS Lyon - Laboratoire de Géologie de Lyon

Gweltaz Mahéo

Univ. Claude Bernard (Lyon 1) - Laboratoire de Géologie de Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

21/05/2013

Résumé

Présentation du Tibet : relief, géomorphologie, contexte géodynamique et modèles d'épaississement.


Le plateau tibétain a donné lieu à de nombreuses études. Cet article ne saurait prétendre à l'exhaustivité, ni trancher entre les différents modèles de formation du plateau.

Le plateau du Tibet, qu'il ne faut pas confondre avec la chaîne himalayenne, est la plus vaste étendue terrestre de haute altitude : il occupe une surface de plus de deux millions de kilomètres carré, à une altitude moyenne proche de 5000 mètres. Son exploration a longtemps été freinée par un contexte géopolitique complexe. En France, le Tibet a été rendu célèbre par l'exploratrice Alexandra David-Néel qui, déguisée en mendiante, a parcouru le Sud du Tibet et est parvenue jusqu'à Lhassa en 1924. Il a aussi été popularisé par la publication des aventures de Tintin au Tibet en 1958. Les premières grandes expéditions géologiques ont eu lieu dans les années 80.

Le plateau du Tibet : caractéristiques géographiques et climatiques

Définition morphologique

Le plateau du Tibet, outre la province autonome chinoise du Tibet, comprend une partie des provinces chinoises du Yunnan et du Sichuan, qui constituent sa bordure Sud-Est. Le Tibet est limité au Sud par la haute chaîne himalayenne, au Nord par le désert du Tarim et à l'Ouest par les monts du Karakorum, parmi lesquels culmine le K2 (8611 m). La photographie ci-dessous est une vue satellite de la NASA. On reconnaît au Sud (à gauche) la plaine du Gange, puis la haute chaîne himalayenne enneigée, puis, en arrière, le Tibet. On voit ici ses principales caractéristiques : c'est une gigantesque étendue plane de haute altitude qui s'étend non seulement sur la plaque eurasiatique, mais également sur la bordure Nord de la plaque indienne.

Figure 1. Le plateau du Tibet dans son cadre géographique

Le plateau du Tibet dans son cadre géographique

En haut, photographie satellite montrant une vue oblique de la chaîne himalayenne, avec la plaine du Gange au Sud et le plateau tibétain au Nord (crédit NASA/novapix).

Au centre, le graphique correspond à un profil d'altitude Sud-Nord, on voit clairement un "saut" topographique qui correspond au front himalayen. Le plateau tibétain est défini par sa morphologie : il s'agit de toute la zone plane en arrière de la haute chaîne himalayenne. La surface du plateau recouvre donc la partie Nord de l'Himalaya et est par conséquent plus étendu que le bloc continental du Tibet "géologique".

En bas, pour comparaison, la carte en couleur est un modèle numérique d'altitude (les couleurs les plus chaudes correspondent aux altitudes les plus élevées), fabriquée à partir de données radar de la NASA (SRTM).


Conditions climatiques

De façon générale, les nuages de mousson qui remontent l'Inde en été sont stoppés par la barrière himalayenne, et le Tibet a un climat sec par apport au Nord de l'Inde. L'Ouest est aride ; les rares précipitations proviennent de l'intérieur de l'Asie. On y trouve des végétaux caractéristiques des milieux semi-désertiques. Le Sud-Est est beaucoup plus humide, et soumis à l'influence de la mousson asiatique, avec des forêts de feuillus et de conifères. Le centre est caractérisé par des paysages de prairies et steppes alpines. Les grandes rivières qui sillonnent l'Asie prennent leur source en bordure du plateau (cf. figure 2) : l'Indus est alimenté par les glaciers du Karakorum, le Gange par les glaciers himalayens, et le Mékong et le Fleuve Jaune naissent en bordure Sud-Est du plateau.

Même si le Tibet a un relief[1] globalement faible, il présente des variations morphologiques assez marquées [ref1], comme le montre la figure 3. Le centre est la partie la plus plane et la plus haute (en moyenne 5020 mètres d'altitude). Il s'agit d'une zone endoréique, c'est-à-dire que les rivières n'ont pas de débouché vers les océans. Elles se jettent dans des lacs (le Tibet est également surnommé le pays des lacs). C'est cette absence de drainage vers l'extérieur du plateau, combinée aux faibles précipitations, qui explique que l'érosion soit actuellement très faible dans la partie centrale du plateau (moins de 0,04 mm par an), permettant ainsi le maintien d'un faible relief.

Figure 2. Drainage interne et externe du plateau du Tibet

Drainage interne et externe du plateau du Tibet

Carte montrant les principales rivières qui prennent leur source directement sur le plateau (à l'Est) ou en bordure (Ouest et Sud). La zone endoréique, sans drainage vers l'océan, est entourée par une ligne blanche. Le cadre rouge localise la vue B de la figure 3.


Le Sud-Est a une altitude moyenne moins élevée (en moyenne 4000 m), et un relief plus important. Le fort relief est dû à l'incision par les rivières (Yangtze, Salouine…) qui ont incisé sa surface en formant des gorges, qu'on voit par exemple sur la photographie 3C. Le dénivelé entre les fonds de vallées et les sommets peut atteindre 4000 mètres.

L'Ouest a également un relief plus marqué bien que comme la partie centrale, il s'agisse d'une zone endoréique. Un réseau hydrographique en connexion avec le Sud-Ouest asiatique a probablement existé, mais est aujourd'hui abandonné. Ceci pourrait expliquer les dénivelés importants dans la partie Ouest du plateau.

En résumé, le relief actuel du plateau est lié aux réseaux hydrographiques et aux conditions climatiques. Le plateau est aujourd'hui « grignoté » sur sa bordure Est par l'incision des rivières, alors que le centre est préservé de l'érosion. La partie Ouest est aujourd'hui peu érodée mais a probablement subi une forte incision fluviale avant que ses rivières ne soient déconnectées du Sud asiatique.

Figure 3. Diversité des paysages et morphologies du plateau du Tibet

Diversité des paysages et morphologies du plateau du Tibet

La localisation des photographies est reportée dans la carte de la figure 1.

La photographie A, prise vers le Sud, montre un paysage désertique typique de la région de Rutog, dans la partie Ouest du Tibet. Les barres rouges qu'on distingue sont des sédiments détritiques tertiaires qui recouvrent des terrains plus anciens. À l'arrière-plan, au centre, les montagnes enneigées appartiennent à la chaîne du Karakorum (ou Karakoram).

La photographie B, prise vers l'Ouest, est une vue du lac Nam Co (localisé sur la figure 2), avec, en arrière plan, le début du Tibet central.

La photographie C montre la forte incision fluviale de l'Est du plateau par un affluent du Yangtze, près de Deqen (Yunnan). Les terrains rouges à droite sont datés du Jurassique. Les parties plus claires correspondent à du granite. Dans le quart inférieur gauche, on distingue des terrasses fluviatiles herbeuses. Ce n'est pas le cas ici, mais ces terrasses sont souvent utilisées pour l'agriculture, car elles sont riches en alluvions qui donnent sa couleur à la rivière.

La photographie D a été prise environ 200 km au Nord de la précédente. On observe clairement un passage à un relief beaucoup plus faible par rapport à la gorge de la photographie C.


Le plateau du Tibet : cadre structural et géodynamique

Le plateau du Tibet est à cheval entre la plaque eurasiatique et la plaque indienne. Il est surtout constitué de terrains sédimentaires océaniques séparés par des bandes d'ophiolites (zones de suture), avec une abondance de roches magmatiques datées du Crétacé au Miocène dans la partie la plus au Sud. Cette structure est le résultat de plusieurs collisions. Les premières ont eu lieu au cours du Cénozoique : cinq microblocs continentaux sont successivement entrés en collision avec l'Asie, lors de la fermeture de domaines océaniques rattachés à l'océan thétysien. Il s'agit, du Nord vers le Sud du plateau, des blocs de Qilian, Quaidam-Kun Lun, Songpan, Qiangtang et Lhasa, qu'on voit sur la figure 3. Ensuite, la collision entre la plaque indienne et l'Asie, il y a environ 45 millions d'années, a provoqué la formation de l'Himalaya. La bordure Sud du plateau recouvre une partie de la chaîne himalayenne (zone téthysienne et zone de suture de l'Indus).

Le Tibet est affecté par plusieurs types de déformations ductiles et cassantes, dont certaines sont toujours actives, comme en témoignent les séismes meurtriers qui touchent le Sichuan. La figure 4 présente les grandes structures présentes au Tibet. On y trouve des chevauchements orientés Est-Ouest plongeant vers le Nord. Ces chevauchements sont liés aux sutures entre les différents domaines du plateau et sont à l'origine d'une structure en empilement de blocs crustaux (comme un prisme d'accrétion). Ceci a provoqué un fort épaississement crustal : des études en sismique-réflexion ont montré que sous le plateau, la croûte atteignait 75 km d'épaisseur. Ce doublement d'épaisseur de la croûte est une première explication à la haute altitude du plateau.

La collision Inde-Asie est à l'origine de structures plus récentes et toujours actives. Les grands décrochements obliques (faille du Fleuve Rouge, par exemple) sont liés à des mouvements latéraux du Tibet, « chassé » vers l'Est par l'avancée de l'Inde. Enfin, des grabens (en tiretés gris sur la figure ci-dessous) témoignent d'une extension Est-Ouest ; les plus anciens datent de 12 millions d'années [ref2].

Figure 4. Carte structurale et coupe géologique simplifiée de l'Himalaya et du Tibet

Carte structurale et coupe géologique simplifiée de l'Himalaya et du Tibet

Carte structurale du Tibet. Plusieurs grandes failles bordent le Tibet, et forment des frontières naturelles. En particulier, la faille du Karakoram (ou Karakorum) au Sud-Ouest est une faille décrochante-normale dextre. Au Nord, le décrochement de l'Altyn Tagh sépare le Tibet du désert du Tarim. On distingue également plusieurs petits graben formés par des failles normales conjuguées, figurées en tiretés gris.

Coupe interprétative Sud-Nord de l'Himalaya et du Tibet. Les terrains sédimentaires sont en vert (Crétacé) et jaune-orange (Tertiaire - Quaternaire). La croûte de la plaque indienne est figurée en orange et celle de la plaque asiatique en rose. Le manteau lithosphérique est figuré en vert. Les lignes pointillées sont des lignes isothermes. L'asthénosphère est figurée avec différentes teintes de bleu suivant sa température. Les âges indiqués en bas correspondent aux âges de fonctionnement des grands accidents.


Origine du plateau

Pourquoi le Tibet est-il si plat ? Le plateau s'est-il élevé d'un seul mouvement, ou par étapes ? Quelle est l'origine des hautes altitudes ? Une réponse de premier ordre est de dire que le Tibet est élevé parce que la croûte y est épaisse. Poser la question de l'altitude du Tibet revient en partie à étudier les causes et mécanismes de cet épaississement crustal.

Comme rappelé précédemment, la collision Inde-Asie a eu lieu il y a environ 45 Ma. Cette collision a donné lieu à au moins deux types de modèles (cf. figure 5), non exclusifs, pour expliquer la surrection du Tibet. Dans le premier cas, il s'agit d'un sous-placage de la plaque indienne sous la croûte asiatique. Dans le second cas, il s'agit de déformation non localisée de la plaque asiatique : l'Inde, au cours de sa convergence vers le Nord, aurait « poussé » la croûte tibétaine, à la manière d'un bulldozer, provoquant un épaississement homogène. Ce dernier modèle explique les grands chevauchements qui déforment la croûte du plateau, la collision ayant réactivé les déformations mésozoïques au niveau des zones de suture. Le plateau se serait alors formé par étapes, qui auraient commencé avant [ref3] la collision tardive entre l'Inde et l'Asie : le plateau se serait propagé au fur et à mesure des premières collisions entre les microblocs continentaux.

Figure 5. Modèles possibles de formation du plateau tibétain

Modèles possibles de formation du plateau tibétain

ITS : suture de l'Indus-Tsangpo.

Modèle 1, sous-placage. Sous le Tibet, la lithosphère indienne s'insinue sous la croûte asiatique qui est alors désolidarisée de son manteau lithosphérique. L'épaississement est le résultat d'une superposition de couches crustales.

Modèle 2, épaississement homogène. La confrontation des deux lithosphères provoque un raccourcissement horizontal accommodé par un épaississement vertical (un cercle "initial", crustal ou mantellique, est déformé en une ellipse à grand axe vertical). L'épaississement résulte d'un épaississement "homogène" des lithosphères.


Cependant, ces modèles ne peuvent expliquer toutes les structures de déformation existant au Tibet, en particulier les grabens et les grands décrochements. Les grabens, toujours actifs, seraient la conséquence du réajustement gravitaire de la zone épaissie, et permettraient d'accommoder la convergence par « échappement » sur les côtés. Il ne s'agit pas ici de réajustement isostatique qu'on observe lors de l'évolution tardive des chaînes de montagnes comme le Massif Central, puisque les grabens ont commencé à s'ouvrir dès 12 Ma. Par ailleurs, la présence des décrochements a permis l'établissement d'un modèle d'« extrusion latérale » du plateau, où la convergence Inde-Asie aurait d'abord été accommodée par des mouvements latéraux. La présence des failles décrochantes et inverses (chevauchements) étaye l'hypothèse d'un plateau formé de blocs rigides se déplaçant les uns par rapport aux autres. En revanche, les données GPS indiquent un comportement mécanique différent : la figure 5 montre plutôt une sorte d' « étalement » du mouvement sur les côtés. Il existe plusieurs autres modèles : délamination du manteau, subduction intracontinentale, formation d'un flux de matériel ductile dans la partie inférieure de la croûte. Il n'existe pas encore de consensus privilégiant telle ou telle hypothèse de formation du plateau.

Les données concernant l'élévation d'altitude du plateau au cours de sa formation proviennent d'études limitées à des zones ponctuelles du Tibet. On peut reconstituer les paléoaltitudes par des méthodes variées, dont l'étude de l'enregistrement fossile, ou en utilisant les isotopes stables (δ18O) des sédiments. Il semble que le Tibet atteignait déjà des niveaux proches de son altitude actuelle il y a 38 Ma [ref4], [ref5].

Figure 6. Mouvements absolus du plateau du Tibet et de l'Himalaya mesurés par GPS, avec l'Eurasie comme référence fixe

Mouvements absolus du plateau du Tibet et de l'Himalaya mesurés par GPS, avec l'Eurasie comme référence fixe

On observe une apparente rotation des vecteurs vitesse dans le sens horaire. Les lignes grises sont les courbes de niveau.

L'échelle des vitesses est donné par la flèche située dans le golfe du Bengale ( Bay of Bengal ).


L'origine de la planéité du Tibet demeure énigmatique. S'agit-il d'une ancienne surface déjà aplanie, puis surélevée au cours de la phase himalayenne ? Ou bien cette dernière seule est-elle responsable de la formation d'un plateau ?

Plusieurs phénomènes naturels peuvent former des surfaces planes. En particulier, l'érosion aurait pu adoucir de potentiels reliefs préexistants. Dans la zone de drainage interne, on pourrait imaginer un système d'érosion suivie, à proximité du relief érodé, du dépôt sédimentaire des produits d'érosion, ce qui reviendrait à aplanir le relief en érodant les sommets et en comblant les bassins dans une même zone. Autre hypothèse, un ancien domaine océanique ? Très peu probable, car la majorité des sédiments tertiaires sont d'origine continentale détritique. Les glaciers sont connus pour leur action érosive ; il a été postulé que, au cours de la dernière glaciation, une calotte de glace aurait recouvert la totalité du Tibet. Cela a donné lieu à de vifs débats, dont l'issue a clairement infirmé cette hypothèse ref6. En effet, les sédiments et la morphologie associés aux glaciers (moraines, vallées en U), bien qu'existant, sont trop rares pour être en accord avec l'hypothèse d'une calotte de glace.

Conclusion

De nombreux points restent à éclaircir, en particulier les relations entre variations climatiques et évolution morphologique du plateau. L'évolution de l'altitude est, elle, seulement connue pour quelques zones dispersées sur le plateau, et on ne dispose pas encore d'une reconstitution globale de l'évolution de l'altitude qui permettrait de tester les différents modèles géodynamiques fondés sur les mécanismes de déformation, ni d'un ancrage temporel de la surrection suffisamment précis. La recherche actuelle se concentre donc sur ces grands thèmes, ainsi que sur les mécanismes possibles à l'origine du faible relief.

Bibliographie

Articles de référence

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Références pour les figures

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[1] On peut définir le relief comme la différence entre deux points d'altitude minimale et maximale, dans une zone donnée. On peut donc étudier le relief à l'échelle du plateau entier, ou à l'échelle locale.

Mots clés : Tibet, relief, Himalaya, épaississement crustal