Les mécanismes d'amincissement de la croûte continentale sur les marges passives pauvres en magma

Les objectifs et résultats des recherches sur les marges pauvres en magma qui représentent ~50% des marges mondiales consistent en la proposition de modèles de leur évolution d'abord conceptuels, puis numériques et dynamiques(Lavier& Manatschal 2006, Whitmarsh et al. 2001, Manatschal 2004). Ces modèles décrivent l'évolution de ces marges par trois modes de déformation: 1–l'étirement (stretching ; pure-shear), 2– l'amincissement (thinning) et 3–l'exhumation (exhumation ; simple shear). Ils ont également permis d'identifier un bloc tectonique, le bloc H, jouant un rôle particulièrement important au cours de l'évolution (Sutra & Manatschal 2011). Les modèles sont contraints par l'interprétation de données de sismique réflexion/réfraction et des forages ODP dans les marges Ibérie-Terre-Neuve et Atlantique sud (Péron-Pinvidic & Manatschal 2010, Unternehr et al. 2010), ainsi que par des données de terrain des reliques de la marge téthysienne fossile dans les Alpes (Mohn et al. 2010, Masini et al. 2011).

Si les nouveaux concepts développés ont des implications d'intérêt économique évidentes pour l'exploration des hydrocarbures des marges profondes (ie. financements industriels de projets), ils nous ont aussi conduit à de nouveaux questionnements fondamentaux, en particulier sur l'amincissement extrême de la croûte et de la lithosphère lors du rifting.

Cette question, peu discutée auparavant, est devenue cruciale du fait des nombreuses analyses de données de sismique réflexion et réfraction des marges profondes montrant que l'amincissement est un phénomène très fréquent. Se demander comment s'amincissent la croûte et la lithosphère c'est s'interroger sur l'évolution thermique, rhéologique et isostatique de la marge, ainsi que sur les processus tectoniques, magmatiques et sédimentaires associés.

Ces sujets ont fait l'objet de 4 thèses :

  1. Golfe de Gascogne-Pyrénées occidentales : un laboratoire naturel pour étudier les structures d'amincissement et leurs rôles lors de la réactivation. Suzon Jammes, 29/5/2009, MESR.
  2. L'interaction entre les processus du manteau et l'évolution tectono-sédimentaire au cours de la rupture continentale dans les marges téthysiennes alpines. Geoffroy Mohn, 8/5/2010, consortium MM2.
  3. L'évolution tectono-sédimentaire des marges profondes par l'analyse de la séquence sédimentaire syn-tectoniques associée aux systèmes de détachement exposés dans la nappe de l'Err en Suisse. Emmanuel Masini, 20/1/2011, Total.
  4. Caractérisation et quantification de la déformation en extension dans les marges passives pauvres en magma: l'exemple des systèmes de marges Ibérie/Terre-Neuve et de l'Atlantique Sud. Emilie Sutra, prév. nov. 2011, Total.

Nos recherches et celles de nos doctorants sont concrétisées par 9 articles parus depuis 2009 et 3 soumis à publication (2011). Ces travaux, nous plaçant à la pointe de la recherche actuelle sur les marges passives, sont menés en collaboration avec d'autres équipes dans le cadre de projets ANR (ANR-Pyrope, ANR-Yocmal), européens (Pyrtec) et australiens (ARC).

Outre ces supports académiques, les projets sont soutenus financièrement par les compagnies pétrolières (Total, Petrobras, ExxonMobil, consortium MM2 et MM3). Les actions en cours sont centrées sur (1) le rôle des fluides dans les marges profondes (1 PhD, 2 PostDoc, PetroBras), (2) le rôle de la rhéologie et de la nature de la croûte inférieure lors de l'amincissement brusque de la marge dans les Alpes (1 PostDoc, ExxonMobil), (3) les processus associés à la formation et l'évolution des bassins sag lors du rifting final dans le Golfe de Gascogne/Pyrénées (1 PhD, 2 PostDoc, MM3) ; et (4) la caractérisation et l'évolution des blocs en extension (bloc H) et les processus sédimentaires associés dans l'Atlantique sud et la marge ibérique (Total).

Detachment systems in different tectonic settings: a) Oceanic Core Complex (OCC) (e.g. Atlantic MOR at 13°19N). b) Rift-related detachment fault in a hyper-extended magma-poor rifted margin (e.g. Err detachment overlain by an extensional allochthon). (c) Metamorphic Core Complex (MCC) in an intra-continental, post-orogenic extensional domain. (e.g., Copper Canyon turtleback; Death Valley, USA). (Masini et al., in press, GSA Bull).