Contribution of gravimetry to the Taiwanese orogeny study

L'étude des variations temporelles de pesanteur suscite un intérêt croissant en raison de l'amélioration de la précision des gravimètres et des ses nombreuses applications en géosciences. L'exploitation de cette méthode dans le domaine des études tectoniques, en particulier des processus d'orogenèse, trouve sa justification dans les transferts de masses et les déformations qui caractérisent la formation des chaînes de montagnes. Nous nous sommes intéressés aux variations temporelles de pesanteur qui existent à Taïwan, à partir de mesures de gravimétrie absolue et relative dans le sud de cette île. L'orogenèse taïwanaise, entretenue par la convergence rapide de la plaque de la mer des Philippines vers la plaque Eurasie, est en effet le siège de nombreux transferts de masses et de déformations importantes. Après avoir détaillé l'acquisition et le traitement des mesures gravimétriques que nous utilisons, nous constatons l'existence de variations temporelles significatives de la pesanteur à Taïwan, atteignant parfois plusieurs dizaines de microgals (un microgal vaut un cent-millionième de mètre par seconde carré). Nous considérons que trois phénomènes sont responsables de l'essentiel des variations de pesanteur mesurées : les mouvements verticaux du sol, l'hydrologie locale et les forts taux de sédimentation et d'érosion qui surviennent `a la suite de typhons. Leur séparation se fait à l'aide de données complémentaires issues d'autres méthodes (GPS, pluviométrie, observations de terrain). Nous montrons l'influence des mouvements verticaux du sol sur nos mesures, dans l'est et l'ouest de l'île, mais sans pouvoir conclure sur les redistributions de masses profondes qui les accompagnent, du fait de séries temporelles encore trop courtes. Nous relevons également l'utilité des mesures de pluviométrie pour expliquer les variations de pesanteur observées. Cependant leur valorisation rigoureuse dans l'étude du signal gravimétrique nécessite plus d'une campagne par an. Enfin nous identifions les transferts de masses, par érosion ou sédimentation, qui surviennent dans la chaîne centrale de Taïwan lors du passage de typhons. Nous estimons les auteurs de matériaux déposés ou érodés et proposons des améliorations d'acquisition pour mieux quantifier les volumes mobilisés.The rising interest in the study of temporal gravity changes is due to the improvements of gravimeters and to its usefulness in Earth sciences. Tectonic processes, especially mountain building, imply deformations and mass transfers. Consequently, this should lead to temporal gravity changes. Here we study the case of Taiwan mountain building, using both absolute and relative gravity data acquired in the south of this island. This study is motivated by the vigorous mass transfers and deformations which take place in Taiwan, as a result of the fast convergence of the Philippine sea plate toward the Eurasian plate. Once the acquisition and the processing of our gravity data has been performed, we observe significant gravity changes between surveys, up to tens of microgals (one microgal is one hundred-millionth of meter per second square). We suggest that three main processes are responsible for these gravity changes: vertical movements of the ground, local hydrology and the high erosion and sedimentation rates induced by typhoons. The separation of these effects is done jointly with the use of complementary data (GPS time series, rainfall measures, field observation). We especially show the influence of ground vertical movements on gravity changes in the east and in the west of Taiwan. Yet we do not get the mass transfer information, theoretically associated to this signal, because of the youth of our gravity time series. We also note how useful are the rainfall data to explain gravity changes at the first order. More frquent gravity measures are however needed to clearly demonstrate their benefits. To finish, we observe and quantify surface mass transfers which occur with landslides and debris flows, both triggered by typhoons. This is mainly observed in the central range of Taiwan and we suggest improvements to better quantify volumes of moved rocks