Image de la semaine | 21/06/2021

De l'Altiplano au Pacifique, les canyons du Pérou – Exemple du canyon de Colca

21/06/2021

Pierre Thomas

Laboratoire de Géologie de Lyon / ENS Lyon

Olivier Dequincey

ENS Lyon / DGESCO

Résumé

Chaine de subduction andine, arc volcanique, surrection tectonique, hauts plateaux et creusement de canyons.


Mosaïque d'images montrant le canyon de Colca (Pérou, région d'Arequipa) vu depuis le belvédère nommé la Croix du Condor

Figure 1. Mosaïque d'images montrant le canyon de Colca (Pérou, région d'Arequipa) vu depuis le belvédère nommé la Croix du Condor.

L'altitude du belvédère est de 3750 m, à mi-pente de la rive Sud (rive gauche) du canyon. Au pied du belvédère, la rivière de Colca coule 875 m plus bas (à une altitude de 2874 m d'après Google Earth). Le sommet de la paroi de l'autre côté (rive Nord) est à environ 4500 m. La profondeur du canyon à ce niveau est donc d'environ 1700 m (soit 200 m de plus que le canyon du Colorado). Les sommets encore enneigés en ce mois de janvier 2009 (plein été) et qu'on voit à l'arrière-plan à gauche ont une altitude de 5100 m. Aucune structure n'est clairement identifiable dans cette paroi de la rive Nord : ni strates, ni failles, ni schistosité, ni limite d'intrusion…

Localisation par fichier kmz du belvédère de la Croix du Condor (canyon de Colca, Pérou, région d'Arequipa).


Contexte morphologique et coupe topographique du canyon de Colca (Pérou)

Figure 2. Contexte morphologique et coupe topographique du canyon de Colca (Pérou).

La coupe passe par le belvédère de la Croix du Condor, localisé par la (petite) punaise verte. Ce canyon, sur une longueur d'environ 100 km, relie l'Altiplano qui a une altitude moyenne de 4200 m dans ce secteur au piémont andin, qui descend en pente “douce” de 1500 m jusqu'au Pacifique. Quand elle arrive dans ce piémont, la rivière Colca es à une altitude de 850 m, encore “enfoncée” dans une vallée de 650 m de profondeur.


Planet-Terre a déjà montré des canyons “de poche” (cf. Les canyons dans la molasse miocène du Bas Dauphiné) et, à l'opposé, des grands canyons comme celui du Colorado (cf. Le Grand Canyon du Colorado vu du ciel (Arizona, USA)) ou de la Fish River (cf. Le canyon de la Fish River, Namibie : discordance, failles, dykes, stromatolites…). Ces deux grands canyons sont entaillés dans des séries sédimentaires tabulaires et très peu déformées, séries sédimentaires que des failles ou des ondulations à grand rayon de courbure ont récemment surélevées. Les canyons du Pérou, dont le canyon de Colca, sont dans un autre contexte géologique. Ils sont situés dans une chaine de montagne, la Cordillère des Andes. Ils sont entaillés dans des roches variées, majoritairement volcano-sédimentaires et souvent affectées de grandes failles. Ces canyons “partent” de l'Altiplano, qui est un des deux grands plateaux du globe d'altitude moyenne supérieure à 4000 m (l'autre étant le plateau du Tibet). Ces canyons débutent dans l'Ouest des terrains de l'Altiplano, traversent la Cordillère occidentale dont certains sommets dépassent 6000 m et sur laquelle sont “posés” les volcans de l'arc magmatique, et atteignent le piémont andin qui descend en pente douce jusqu'au Pacifique. D'autres canyons relient directement l'Altiplano et l'Océan Pacifique, dont le canyon de Cotahuasi (à 100 km au Nord-Ouest du canyon de Colca) et qui est encore plus profond. On peut voir l'embouchure de ce canyon de Cotahuasi aux figures 18 à 22 de Barkhanes, champ de dunes, Chandelier de Paracas et autres aspects du désert côtier péruvien.

Dans un premier temps (jusqu'à la photographie 6), nous regarderons certains aspects du canyon de Colca dans sa partie la plus étroite, au niveau de la Croix du Condor. Puis (photographies 7 à 11) nous regarderons des paysages plus en amont, là où la vallée de la rivière Colca est plus large, moins profonde, et cultivée. Dans un troisième temps, nous vous présenterons quelques paysages typiques de l'Altiplano dans ce secteur au Nord de la ville d'Arequipa (photographies 12 à 16). Puis nous discuterons (très rapidement) de l'origine de la topographie andine, en particulier de l'altitude élevée de l'Altiplano (figures 17 à 19). Enfin, pour se faire plaisir et ne pas oublier le “V” de SVT, les photographies 20 à 28 montreront un animal et un végétal emblématiques de ces hautes terres andines.

Vue depuis la Croix du Condor en direction de l'amont (vers l'Est), canyon de Colca (Pérou)

Figure 3. Vue depuis la Croix du Condor en direction de l'amont (vers l'Est), canyon de Colca (Pérou).

Les deux photos suivantes correspondent à des détails sur la paroi à l'ombre.


Zoom sur la paroi de la rive Sud du canyon de Colca au niveau de la Croix du Condor (Pérou)

Figure 4. Zoom sur la paroi de la rive Sud du canyon de Colca au niveau de la Croix du Condor (Pérou).

Dans la partie à l'ombre, on devine une pente en “marches d'escalier”, avec quatre falaises verticales séparées par des vires moins pentées. Dans la falaise supérieure et les deux falaises inférieures, on devine ce qui ressemble à une structure prismée. Ces falaises seraient constituées de coulées de lave, et/ou de sill (cf. Sill et coulée dans le Parc National de Yellowstone, USA), et/ou de coulées d'ignimbrite soudées (cf. Des rhyolites aux granites d'anatexie : le volcanisme hercynien acide de la région de Roanne (Loire et Rhône), un exemple de volcanisme de zone de collision). Les vires moins pentées pourraient correspondre à des pyroclastites non soudées, ou des sédiments. La couleur claire des falaises, si elle n'est pas due à de l'altération, fait plus penser à des laves acides qu'à des basaltes ou de andésites.


Détail de la paroi de la rive Sud du canyon de Colca au niveau de la Croix du Condor (Pérou)

Figure 5. Détail de la paroi de la rive Sud du canyon de Colca au niveau de la Croix du Condor (Pérou).

Dans la partie à l'ombre, on devine une pente en “marches d'escalier”, avec quatre falaises verticales séparées par des vires moins pentées. Dans la falaise supérieure et les deux falaises inférieures, on devine ce qui ressemble à une structure prismée. Ces falaises seraient constituées de coulées de lave, et/ou de sill (cf. Sill et coulée dans le Parc National de Yellowstone, USA), et/ou de coulées d'ignimbrite soudées (cf. Des rhyolites aux granites d'anatexie : le volcanisme hercynien acide de la région de Roanne (Loire et Rhône), un exemple de volcanisme de zone de collision). Les vires moins pentées pourraient correspondre à des pyroclastites non soudées, ou des sédiments. La couleur claire des falaises, si elle n'est pas due à de l'altération, fait plus penser à des laves acides qu'à des basaltes ou de andésites.


Gros plan sur la falaise inférieure de la figure précédente, paroi de la rive Sud du canyon de Colca (Pérou)

Figure 6. Gros plan sur la falaise inférieure de la figure précédente, paroi de la rive Sud du canyon de Colca (Pérou).

La structure prismée est bien visible. Au moins une partie des 1700 m des versants du canyon au niveau de la Croix du Condor est constituée de formations volcaniques, ce qui n'a rien d'étonnant dans la Cordillère des Andes.


Quand on quitte la Croix du Condor et qu'on se dirige vers l'Est (vers l'amont), la rivière Colca prend de l'altitude. Le canyon devient de moins en moins profond. Il n'est plus un canyon sensu stricto, mais une simple vallée. Ces flancs bien moins raides qu'en aval sont cultivés par tout un système de terrasses héritées des Incas. Dans cette région où la pluviométrie est très faible, les Incas, puis leurs descendants plus ou moins hispanisés ont établi tout un système de canaux d'irrigation partant de prises d'eau sur la rivière Colca et parcourant les flancs presqu'à l'horizontal. Un système de vannes permettait d'amener l'eau à toutes les terrasses situées en contrebas.


Vue d'ensemble sur les cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon

Figure 8. Vue d'ensemble sur les cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon.

Ce système de cultures en terrasses n'est pas sans rappeler les pratiques culturales dans la région de Banaue au Philippines (cf. fig 29 et 30 de Le Pinatubo (Philippines), vingt-sept ans après), sauf qu'on n'y cultive pas du riz, mais des pommes de terre, des haricots, du quinoa, du maïs…


Cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon

Figure 9. Cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon.

Ce système de culture en terrasses n'est pas sans rappeler les pratiques culturales daCe système de cultures en terrasses n'est pas sans rappeler les pratiques culturales dans la région de Banaue au Philippines (cf. fig 29 et 30 de Le Pinatubo (Philippines), vingt-sept ans après), sauf qu'on n'y cultive pas du riz, mais des pommes de terre, des haricots, du quinoa, du maïs…ns la région de Banaue au Philippines (cf. fig 29 et 30 de «Le Pinatubo (Philippines), vingt-sept ans après» https://planet-terre.ens-lyon.fr/ressource/Img635-2019-03-25.xml), sauf qu'on n'y cultive pas du riz, mais des pommes de terre, des haricots, du quinoa, du maïs…


Zoom sur les cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon

Figure 10. Zoom sur les cultures en terrasse de la haute vallée de la Colca (Pérou), en amont du canyon.

Ce système de cultures en terrasses n'est pas sans rappeler les pratiques culturales dans la région de Banaue au Philippines (cf. fig 29 et 30 de Le Pinatubo (Philippines), vingt-sept ans après), sauf qu'on n'y cultive pas du riz, mais des pommes de terre, des haricots, du quinoa, du maïs…


Autre vue de l'amont de la haute vallée de la rivière Colca, Pérou

Figure 11. Autre vue de l'amont de la haute vallée de la rivière Colca, Pérou.

Les reliefs barrant l'horizon des deux tiers droits de l'image correspondent au rebord de l'Altiplano.


Vue prise en arrivant sur l'Altiplano en montant depuis la haute vallée de la Colca, Pérou

Figure 12. Vue prise en arrivant sur l'Altiplano en montant depuis la haute vallée de la Colca, Pérou.

On voit, sur la droite, la vallée de la rivière Colca ou d'un de ses affluents.


Paysage typique de l'Altiplano (Pérou)

Figure 13. Paysage typique de l'Altiplano (Pérou).

Cette photo a été prise vers 4900 m d'altitude.

Localisation par fichier kmz d'un point de vue sur l'Altiplano péruvien.


Paysage typique de l'Altiplano (Pérou)

Figure 14. Paysage typique de l'Altiplano (Pérou).

Cette photo a été prise vers 4900 m d'altitude.


Dominant l'Altiplano, le volcan El Misti (5822 m), Pérou

Figure 15. Dominant l'Altiplano, le volcan El Misti (5822 m), Pérou.

La dernière éruption de ce strato-volcan date du XVe siècle.



L'origine de ce canyon de Colca est à rechercher dans l'origine de la Cordillère des Andes en général, et celle de l'Altiplano en particulier. L'Altiplano, qui signifie “plaine d'altitude” en espagnol est le deuxième plus vaste plateau du monde (après le plateau du Tibet) situé à une altitude moyenne supérieure à 3500 m. Il est situé au cœur de la Cordillère des Andes sur près de 1500 km de long (entre les parallèles 15 à 27°S) et sur une largeur pouvant atteindre 250 km. Il est bordé à l'Est par la Cordillère Orientale (qui culmine à 6438 m) et à l'Ouest par la Cordillère Occidentale (qui culmine à 6768 m) et où est situé l'arc volcanique.

Si les chaines de collision font partie des programmes des lycées, des universités, des concours de recrutement… il n'en n'est pas de même des chaines de subduction. J'ai très souvent constaté qu'un étudiant entrant en M2 “préparation à l'agrégation SV-STU” à l'ENS de Lyon (et souvent déjà titulaire du CAPES) sait en gros comment s'est fait l'Himalaya, quel est l'origine de son relief… Un nombre non négligeable peut même dessiner une coupe à main levée (très approximative) de cette chaine. Mais bien peu savent et peuvent faire la même chose au sujet de la Cordillère des Andes. Pourquoi cette “différence de traitement” et pourquoi dure-t-elle depuis au moins 40 ans ? Pour la quasi-totalité de ces élèves, les Andes ne sont qu'une simple chaine de volcans et d'intrusion granodioritiques qui expliquent à eux seuls les hautes altitudes. Or les Andes sont une “vraie” chaine de montagnes, avec ses plis, ses grands chevauchements, son épaississement crustal… Cet intense raccourcissement est dû au couplage entre la lithosphère Sud-américaine et la lithosphère de la plaque Nazca qui subduit. Le pendage de la plaque plongeante, son couplage avec la lithosphère Sud-américaine… varient avec le temps, ce qui entraine des déplacements des zones de raccourcissement, des interruptions des phases de compressions… Sous les Andes, et en particulier sous l'Altiplano, l'épaisseur de la croûte continentale a été au moins doublée depuis l'Oligocène, ce qui explique la haute altitude de ce plateau et la vigueur de l'érosion par les rivières (rares à cause du climat très sec) qui rejoignent l'océan. Les figures 17 et 19, résument l'état actuel des connaissances et des interrogations sur la structure de la Cordillère des Andes au niveau du Pérou.

Carte structurale simplifiée des Andes centrales

Figure 17. Carte structurale simplifiée des Andes centrales.

Les grandes flèches à deux pointes indiquent la Cordillère occidentale (WC), la Cordillère orientale (EC) et le Front subandin (SB).

Les petites flèches jaunes indiquent la propagation “chronologique” de la déformation. L'Altiplano (AP) est situé entre les Cordillères orientale et occidentale.

L'astérisque rouge localise le canyon de Colca. Li = Lima, Ar = Arica, Sa = Santiago.


Localisation du canyon de Colca (Pérou) entre les deux punaises jaunes, et de la Croix du Condor (punaise verte)

Figure 18. Localisation du canyon de Colca (Pérou) entre les deux punaises jaunes, et de la Croix du Condor (punaise verte).

Ce canyon débute à l'Ouest de l'Altiplano (altitude moyenne de 3500 à 4500 m), traverse la Cordillère Occidentale (6300 m dans ce secteur) et atteint le piémont andin (altitude allant de 2000 à 0 m). La punaise rouge, à 4900 m d'altitude à l'Ouest de l'Altiplano, localise les sites où ont été prises les photos 12, 13 et 14, ainsi que les photos 25 à 28.


Coupe topographique et structure interne de la Cordillère des Andes au niveau des Andes péruviennes

Figure 19. Coupe topographique et structure interne de la Cordillère des Andes au niveau des Andes péruviennes.

En haut, coupe topographique de la Cordillère (échelle verticale dilatée 5 fois). La ligne pointillée rouge indique le profil du fond du canyon de Colca. Ce canyon incise l'Ouest de l'Altiplano et la Cordillère occidentale.

En bas, schéma de la structure interne et des grands accidents (principalement chevauchants, dont l'East Andean Thrust et le West Andean Thrust) affectant la croûte. La haute altitude de l'Altiplano serait essentiellement d'origine tectonique (et non pas due à un épaississement crustal d'origine magmatique). La surrection de l'Altiplano aurait débuté il y a 30 Ma et durerait encore. Les points d'interrogation montrent que beaucoup reste à comprendre dans l'architecture de cette chaine.

D'après

R. Armijo, R. Lacassin, A. Coudurier-Curveur, D. Carrizo, 2015. Coupled tectonic evolution of Andean orogeny and global climate, Earth Sci. Rev., 143, 1-35 [open access]


Les falaises vertigineuses des canyons péruviens et les solitudes désolées de l'Altiplano hébergent des animaux et des végétaux caractéristiques de ces biotopes “extrêmes”. Quittant le domaine de la géologie, nous vous montrons des condors des Andes (Vultur gryphus), oiseaux charognards emblématiques des Andes, et une azorelle (Azorella compacta) qui forme de bien curieuses boules sur les hauts plateaux andins.

Site à Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano

Figure 25. Site à Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano.

Cette plante en coussin, appelée Llareta en espagnol (du mot quechua Yarita), appartient à la famille des Apiacées (anciennement ombellifères). Elle pousse dans la Cordillère des Andes entre 3200 et 5000 m d'altitude, où elle forme de curieuses “boules”. Elle pousse ici près de la petite mare de la figure 13, à 4900 m d'altitude.


Site à Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano

Figure 26. Site à Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano.

Cette plante en coussin, appelée Llareta en espagnol (du mot quechua Yarita), appartient à la famille des Apiacées (anciennement ombellifères). Elle pousse dans la Cordillère des Andes entre 3200 et 5000 m d'altitude, où elle forme de curieuses “boules”. Elle pousse ici près de la petite mare de la figure 13, à 4900 m d'altitude.


“Boules” d'Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano

Figure 27. “Boules” d'Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano.

Cette plante en coussin, appelée Llareta en espagnol (du mot quechua Yarita), appartient à la famille des Apiacées (anciennement ombellifères). Elle pousse dans la Cordillère des Andes entre 3200 et 5000 m d'altitude, où elle forme de curieuses “boules”.


Vue rapprochée de la surface d'une “boule” d'Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano

Figure 28. Vue rapprochée de la surface d'une “boule” d'Azorella compacta (anciennement Azorella yareta), plante emblématique de l'Altiplano.

Cette plante en coussin, appelée Llareta en espagnol (du mot quechua Yarita), appartient à la famille des Apiacées (anciennement ombellifères). Elle pousse dans la Cordillère des Andes entre 3200 et 5000 m d'altitude, où elle forme de curieuses “boules”.