La vitesse de surrection du l’Himalaya et du plateau tibétain tout au long du Cénozoïque reste encore aujourd’hui largement débattue. L’analyse des isotopes stables de l’oxygène pour reconstruire les paléo-altitudes est considérée comme une technique très efficace et a été largement utilisée. Néanmoins, cette méthode a deux limites principales: 1) les relations entre δ18O et climat ne sont pas bien établies et 2) le climat Cénozoïque en Asie est mal contraint. Dans le cadre de cette thèse, nous avons étudié le lien entre la surrection des montagnes, les changements climatiques associés et le δ18O dans la paléo-précipitation. Nous utilisons le modèle de circulation générale atmosphérique isotopique LMDZ-iso. Nos simulations climatiques montrent que le retrait de la Paratéthys, le déplacement latitudinal de l’Inde et l’altitude du plateau tibétain contrôlent les précipitations et la variabilité de la mousson en Asie. Afin de comprendre où et comment ces changements climatiques liés à la surrection des montagnes affectent le δ18O, nous avons proposé une expression théorique de la composition isotopique des précipitations fondée sur la distillation de Rayleigh. Nous avons montré que seulement 40 % des sites échantillonnés de l’Himalaya et du plateau tibétain contiennent une signature isotopique représentant la topographie. Les résultats obtenus dans cette étude montrent que l’Himalaya pourrait avoir atteint son altitude actuelle plus tardivement que précédemment proposé. Des conditions aux limites réalistes nous permettent de reconstruire le δ18O des paléo-précipitations pour quatre époques du Cénozoïque (55, 42, 30 et 15 Ma). Dans la mesure où les reconstructions des paléo-altitudes sont particulièrement controversées pour les premières étapes de l’évolution du plateau tibétain, nous avons ensuite approfondi notre étude en nous focalisant sur l’Eocène (en utilisant une paléogéographie qui correspond à 42 Ma). Pour ce cas, nous montrons que le δ18O des précipitations est insensible à l’altitude en Asie, tandis que le δ18O dans les archives naturelles (carbonates) enregistre le signal de la paléo-élévation puisque le fractionnement entre la calcite et l’eau est sensible à la température, qui elle-même dépend en partie de l’altitude. La comparaison du δ18O simulé pour l’Eocène avec les données du δ18O mesuré dans les carbonates suggère que, pendant l’Eocène, l’Himalaya et le plateau tibétain n’avaient pas encore atteint leur élévation actuelle (> 3000 m). / The timing and rate of surface elevations of the Himalayas and the Tibetan Plateau remain controversial and their impact on Asian climate and the onset of monsoon systems in this area is highly debated. Stable oxygen paleoaltimetry is considered to be a very efficient and widely applied technique, but has limitations from two sides: 1) the link between stable oxygen composition of precipitation and climate is not well established, 2) Cenozoic climate over Asia is poorly reconstructed. With a purpose of filling the gap in our knowledge of climate variability over Asia during the Cenozoic, we use the isotope-enabled atmospheric general circulation model LMDZ-iso to understand the links between the growth of mountains, associated climate changes and δ18O in paleo-precipitation. Our results show a significant influence of the Paratethys retreat, the latitudinal displacement of India and the height of the Tibetan Plateau on Asian hydrological cycle. For the purpose of understanding where and how the climatic changes linked with the growth of mountains affect δ18O in precipitation, we develop a theoretical expression for the precipitation composition based on the Rayleigh distillation and show that only 40% of sampled sites for paleoaltimetry depict signal attributed to topography changes. We conclude that the Himalayas may have attained their current elevation later than expected. Realistic Cenozoic boundary conditions allow us reconstructing δ18O in paleoprecipitation for several periods during the Cenozoic (for 55 Ma, 42 Ma, 30 Ma and 15 Ma). The focus has been put on the Eocene (42 Ma), since paleoelevation reconstructions are particularly controversial for this time. We show that Eocene precipitation δ18O is rather insensitive to topographic height in Asia. However, carbonate δ18O still records paleo-elevation because the fractionation between calcite and water is sensitive to temperature, which partly depends on altitude. Comparison of simulated Eocene δ18O patterns with data from the carbonate archives suggest that the Himalayas and the Tibetan Plateau did not reach present-day (> 3000 m) elevations during the Eocene.

A better understanding of the water and energy cycles at climate scale in the Third Pole Environment is essential for assessing and understanding the causes of changes in the cryosphere and hydrosphere in relation to changes of plateau atmosphere in the Asian monsoon system and for predicting the possible changes in water resources in South and East Asia. This paper reports the following results: (1) A platform of in situ observation stations is briefly described for quantifying the interactions in hydrosphere-pedosphere-atmosphere-cryosphere-biosphere over the Tibetan Plateau. (2) A multiyear in situ L-Band microwave radiometry of land surface processes is used to develop a new microwave radiative transfer modeling system. This new system improves the modeling of brightness temperature in both horizontal and vertical polarization. (3) A multiyear (2001–2018) monthly terrestrial actual evapotranspiration and its spatial distribution on the Tibetan Plateau is generated using the surface energy balance system (SEBS) forced by a combination of meteorological and satellite data. (4) A comparison of four large scale soil moisture products to in situ measurements is presented. (5) The trajectory of water vapor transport in the canyon area of Southeast Tibet in different seasons is analyzed, and (6) the vertical water vapor exchange between the upper troposphere and the lower stratosphere in different seasons is presented.

L'introgression est un processus fréquent et qui a d'importantes conséquences évolutives. L'objectif de ce travail était de tester un modèle neutre d'introgression chez des épicéas du Plateau tibétain et des régions voisines. Le travail a permis de mettre en évidence que la direction de l'introgression pouvait être prédite par la dynamique passée des populations d'arbres, et que l'importance de cette introgression était inversement proportionnelle à l'intensité des échanges génétiques au sein de l'espèce invasive, grâce à la comparaison de la structure génétique basée sur des marqueurs chloroplastiques (à hérédité paternelle) et mitochondriaux (à hérédité maternelle). / Introgression is a widespread phenomenon with potentially profound evolutionaryconsequences. Recently, significant progress in our understanding of introgression hasbeen made with the development of a neutral model. This model predicts that, whenone species invades an area already occupied by a related species, introgression ofneutral genes takes place mainly from the local species towards the invading ones. Inaddition, following a contact between two hybridizing species, the model predicts thatintrogression should be particularly frequent for genome components experiencinglittle gene flow. However, to date, there was no empirical example available, in whichone species expanded into the range of a closely related one and two markers withcontrasted rates of gene flow had been studied for both species. Only in such a casecould the two predictions outlined above be tested simultaneously. In addition, basedon these two predictions, species delimitation should be more efficient when usingmolecular markers experiencing high rates of gene flow. The present thesis was designed to test the hypotheses of this model. The biologicalmodel used was conifers, a group in which introgression and hybridization arecommon because of incomplete reproductive isolation. The species investigatedbelong to the genus Picea (spruce). We focused on two species complexes,represented by monographic clades in a phylogenetic study using the chloroplast genematK. All species studied occur in the Qinghai-Tibetan Plateau (QTP) and adjacenthighlands. The phylogeography of these species complexes was reconstructed usingorganelle markers (mitochondrial DNA, mtDNA and chloroplast DNA, cpDNA). Inconifers, mtDNA and cpDNA have contrasted modes of inheritance. The former ismaternally inherited, transmitted by seeds experiencing little gene flow while thelatter is paternally inherited, transmitted by both pollen and seeds experiencing highlevels of gene flow. Therefore, uniparentally inherited mtDNA and cpDNA markersexperience different rates of gene flow in such a group, providing an ideal model to test the relationship between rates of gene flow, introgression and species delimitation.Two mtDNA fragments (nad1intron b/c; nad5 intron1) and three cpDNA fragments(ndhK-C；trnL-trnF；trnS-trnG) were sequenced for nine species belonging to thePicea asperata and P. likiangensis species complex.(1) Nine mtDNA and nine cpDNA haplotypes were detected in 459 individualsfrom 46 natural populations in five species of P. asperata complex. As found in mostconifer species studied so far, low variation is present in the two mtDNA intronsalong with a high level of differentiation among populations (GST = 0.90). In contrast,higher variation and lower differentiation among populations was found at cpDNAmarkers (GST = 0.56). The cpDNA, although far from being fully diagnostic, is morespecies-specific than mtDNA: four groups of populations were identified usingcpDNA markers, all of them related to species or groups of species, whereas formtDNA, geographical variation prevails over species differentiation. A literaturereview shows that mtDNA variants are often shared among related conifer species,whereas cpDNA variants are more species-specific. Hence, increased intraspecificgene flow appears to decrease differentiation within species but not among species.[...]

Le basin du Qaidam, situé sur la bordure nord du Plateau Tibétain est unique au monde en ce qu’il représente le bassin intracontinental le plus profond bien que situé sur le plus haut plateau et la plus épaisse croute continentale actuels. Comprendre le développement et l’évolution de ce bassin en lien avec la collision Inde-Asie a des implications multiples pour la géologie du Tibet en particulier et la tectonique continentale en général. De nombreuses études incluant de la thermochronologie, de la paléobotanique, du paléomagnétisme, de la paléoaltimétrie, de la sédimentologie et de la géologie structurale se sont intéressées à l’histoire tectonique et topographique de cette région. Toutefois la topographie initiale de la région actuellement représentée par le Plateau Tibétain ainsi que les premiers stades de développement du plateau restent méconnus et très débattus. Les travaux présentés ici sont basés sur des données de terrain, de sismique 2D et 3D, de géochimie, de géochronologie détritique, de sédimentologie et d’analyse d’images satellitaires. Ils décrivent: 1) l’évolution cénozoïque conjointe du bassin du Qaidam et de la chaine des Eastern Kunlun ; 2) les relations entre la sédimentation dans le bassin du Qaidam et la tectonique le long de la faille de l’Altyn Tagh ; 3) une estimation quantitative de l’extrusion latérale du nord Tibet les long du système Altyn Tagh – Qilian Shan ; 4) la nature et la typologie du bassin du Qaidam. Je démontre que la chaîne du Kunlun formait un relief en érosion au Paléocène et que la zone de dépôt du bassin du Qaidam s’est élargie vers le sud jusqu’à l’Oligocène. Dès le Miocène inférieur le SO du bassin du Qaidam était limité par un système tectonique décrochant. L’accroissement du relief dans les chaines du Kunlun et de l’Altyn Tagh entraine alors un isolement puis un rétrécissement du bassin. Je suggère que la faille de l’Altyn Tagh qui forme la bordure nord du Plateau, a accommodé environs 360 km de déplacement depuis sont initiation au Miocène inférieur. Cette déformation est prise en compte par du décrochement et de l’épaississement dans les Qilian Shan, de l’épaississement crustal dans les Qinling et de l’extension dans le système de grabens de Chine du Nord. Enfin, je conclu que le bassin du Qaidam est contrôlé conjointement par les failles décrochantes de l’Altyn Tagh et du Kunlun Est. La superposition dans le temps et l’espace des effets de ces deux décrochements majeurs durant le Cénozoïque a contrôlé l’évolution du bassin et la répartition des réserves d’huile et de gaz. / The Qaidam basin, located within the northern Tibetan plateau, is the deepest intracontinental basin, yet located in the highest plateau with the thickest continental crust. Understanding how this peculiar basin developed has broad implications for the Tibetan geology in particular and for continental tectonics in general. Many approaches have been used to decipher the tectonic and topographic history of that region, however, the initial topography of the area now represented by the northern Tibetan plateau, as well as the early stages of development of the present day topography remain poorly constrained and highly debated. In order to better understand the Cenozoic evolution of the Qaidam basin and its surrounding regions (including Eastern Kunlun Range to the south, Altyn Tagh Range to the northwest, and Qilian Shan to the northeast), four critical issues are addressed in this thesis: 1) the Cenozoic joint tectonic evolution of the Qaidam basin and the Eastern Kunlun Range; 2) the interplay between the sedimentation within the Qaidam basin and the active tectonics within the Altyn Tagh Range; 3) a quantitative estimate of the lateral extrusion along the Altyn Tagh Fault-Qilian Shan tectonic system; 4) the nature and classification of the Qaidam basin. I suggest that the SW Qaidam basin has been bordered by a series of strike-slip faults to the south since the Early Miocene, rather than, as previously suggested by a continuous northward or southward thrusting system. Based on U-Pb dating (LA-ICP-MS) of detrital zircons collected from 4 sections (Paleocene to Holocene) within the southwestern Qaidam basin combined with provenance analysis and new seismic profile interpretation, I demonstrated that the Eastern Kunlun Range was already exhumed prior to the Paleocene. I show that the Qaidam basin was widening southward during thet early Cenozoic period (Paleocene to Oligocene). From Oligocene the relief of the Eastern Kunlun and Altyn Tagh ranges increased, leading to isolation and narrowing of the Qaidam basin from Miocene to the present. Along the northern edge of the basin, I identified the Tula-Huatugou and Anxi-Eboliang regions as residual parts of the original Qaidam basin. I suggest that the Altyn Tagh Fault has experienced a total of ~360 km of displacement since its Early Eocene initiation. Based on this ~360 km northeastward migration of the relatively rigid Qaidam block along the Altyn Tagh Fault and 3D isovolumetric balance of the crustal deformation within the Altyn Tagh Fault – Qilian Shan system, I demonstrate that 250 ± 28 km (43.8~49.4 %) of N20E directed crustal shortening and an additional ~250 to ~370 km of eastward motion of the Qilian Shan crust must be accounted for by strike-slip faulting in the Qilian Shan and crustal thickening in the Qinling area, as well as extension in the adjoining North China block graben systems.

Le Tibet est le plateau le plus élevé et le plus étendu au monde. La formation de ce plateau, en arrière de l’Himalaya, résulte d’interactions complexes entre facteurs tectoniques et climatiques, ainsi que de la morphologie antérieure au soulèvement. Afin d’évaluer l’influence relative de ces différents facteurs, cette thèse s’appuie sur l’étude de l’évolution du relief des bordures du plateau en couplant analyse géomorphologique, étude de la sédimentation syn-formation du plateau et reconstitution de l’exhumation à partir de la thermochronologie de basse température.Cette approche a permis de mettre en évidence que le plateau du Tibet était déjà haut, aussi bien sur ses bordures est que ouest dès 35 Ma, soit seulement 20 Ma après la collision Inde-Asie. Il apparait donc que le plateau se serait soulevé soit en un bloc, soit de façon précoce par ses marges Ouest et Est, plutôt qu’en se propageant du sud vers le nord et vers l’est comme proposé par de nombreux modèles.Dans l’Ouest Tibet, l’existence d’un réseau de drainage anciennement connecté avec celui de l’Indus, a permis le développement précoce d’un relief significatif (supérieur à 1000 m) avant 35 Ma lors de la surrection du plateau. Ce relief est ensuite préservé dans un contexte d’érosion très faible (quelques dizaine de mètres par million d’années) associé à une évacuation des produits d’érosion vers le bassin de l’Indus. Cette connexion avec l’Indus est ensuite coupée probablement suite aux mouvements de la faille du Karakorum.A l’Est, la formation du relief est probablement plus ancienne que dans l’Ouest Tibet, car vers 35 Ma cette région, bien que déjà surélevée, est caractérisée par l’existence d’un vaste réseau fluviatile en tresse, impliquant une faible pente, ainsi qu’un relief local soumis à des précipitations plus au nord. La création du relief actuel, marqué par des rivières fortement encaissées, est probablement liée à l’évolution de la mousson sud-est asiatique ainsi qu’au fonctionnement de la faille du Fleuve rouge. / Tibet is the widest and highest plateau on Earth. Tectonics, climate evolution and ante-surrection geomorphology are the main factors controlling the plateau formation. In order to assess the relative influence of these factors, we study the relief evolution on the plateau edges using geomorphic analysis, sedimentology and exhumation rates based on low-temperature thermochronometry.The results show that the western and eastern plateau edges were already at high elevation at ca 35 Ma, only 20 Ma after the India-Asia collision. This favors an “en bloc” uplift model for the plateau.In western Tibet, the hydrographic network was connected to the Indus river, allowing the early development of a >1000 m amplitude relief, probably before 35 Ma. The relief was preserved due to low erosion conditions. Western Tibet was then isolated from the Indus drainage network due to the Karakorum fault slip.The relief formation in Eastern Tibet is older than in western Tibet: at ca 35 Ma, in the Jianchuan area (northern Yunnan), which was already at high elevation, was a large braided river system. This implies a moderate regional slope. It also implies a local relief further north and significant precipitations.

科学研究費補助金 研究種目:基盤研究(A) 課題番号:14204044 研究代表者:安成哲三 研究期間:2002－2004年度

科学研究費補助金 研究種目:基盤研究(A)(2) 課題番号:11691124 研究代表者:福嶌 義宏 研究期間:1999-2000年度