Etat des lieux
La compréhension de la genèse des marges passives est toujours d’actualité malgré le nombre importants de travaux qui leur ont été consacrés. Les processus d’amincissement de la lithosphère, l’évolution thermique de cette dernière pendant et après le rifting, les mécanismes de localisation de l’amincissement, la génération et l’extraction de magmas, l’origine des mouvements
CHAPITRE 1
verticaux (et parfois de leur persistance), la mise en place et la nature de la TOC sont autant de questions qui ne sont que partiellement résolues.
Il n’existe pas encore de réel consensus sur les modalités de l’extension. D’un côté, les modèles conceptuels ne parviennent pas à décrire la morphologie et l’évolution de l’ensemble des marges et ne donnent qu’une solution possible parmi d’autres ; d’un autre côté, les résultats des études consacrées aux marges passives dépendent étroitement des caractéristiques régionales de la marge (contexte géodynamique, apport sédimentaire de la marge, climat, présence de structures héritées, proximité d’un point chaud…) ce qui rend les résultats difficiles à généraliser.
Si de nombreuses méthodes peuvent être utilisées pour étudier les marges passives, chaque technique se voit confrontée à ses propres limites :
- En mer, l’enregistrement sédimentaire n’est connu qu’à grande échelle (par la sismique réflexion et la bathymétrie) ou au contraire de façon très localisée (carottages, données de puits) ce qui ne permet pas d’avoir une vision d’ensemble de leur nature ;
- Les sédiments syn-rifts sont en général immergés ; leur étude directe n’est possible que dans les cas où les marges affleurent à terre (marge groenlandaise, australienne, atlantique, Aden, etc.….) ou quand celles-ci sont prises dans des chaînes de montagnes (marge alpine, marge téthysienne) et donc affectées d’événements tectoniques postérieurs ;
-Les modélisations numériques, de plus en plus performantes, restent pour l’instant limitées à deux dimensions ce qui rend difficile l’appréciation du rôle tenu par certains paramètres 3D a priori déterminants dans les processus de rifting (dans le cas du golfe d’Aden : présence du point chaud des Afars ou rôle des structures héritées dans la localisation du rift). Ce problème est en partie contourné par les apports de la modélisation analogique mais celle-ci est limitée par la difficulté de réaliser une rhéologie réaliste de la lithosphère.
Cette thèse s’inscrit donc dans un cadre original qui vise à synthétiseret à comparer les données obtenues par deux méthodes d’études très différentes : une étude sédimentologique de la marge Nord du golfe d’Aden affleurant au Dhofar permettant une analyse locale mais complète des mouvements verticaux et de la structure crustale et une étude tomographique télésismique de la même zone qui permet d’obtenir une image profonde des perturbations de vitesse.
Intérêt de la région pour l’étude des marges passives
La partie orientale du golfe d’Aden représente un lieu idéal pour aborder l’étude des marges passives, et cela pour de nombreuses raisons. Les données existantes montrent que c’est une marge passive jeune (rifting oligo-miocène) ce qui a de nombreuses conséquences :
- L’épaisseur des sédiments post-rift n’est que de 2 km environ et les marges sont exemptes de diapirs de sel (d'Acremont et al., 2005) ce qui facilite les observations en sismique réflexion ; - C’est un des rares bassins où il est possible de suivre de manière continue l’évolution d’une marge depuis sa partie proximale jusqu’à la dorsale océanique ;
- Les marges conjuguées peuvent être corrélées avec une errreur latérale inférieure à 10 km,
- Plusieurs études ont été déjà menées à terre au Dhofar : une cartographie détaillée des structures onshore de la marge, corrélées avec les données de puits (Platel et Roger, 1989; Roger et al., 1989) de même que plusieurs études tectoniques (e.g. Bellahsen et al., 2006) ;
- La zone étudiée est éloignée du point chaud des Afars dont la limite d’influence est jusqu’à présent située aux environs de 48°30’E de longitude (d'Acremont, 2002) ;
- Il est possible que la lithosphère ne soit pas encore totalement rééquilibrée. Problématique : évolution de la marge depuis la surface jusqu’en profondeur.
L’étude sédimentologique conduite au Dhofar (partie 3) permet de dater les mouvements verticaux subis par la marge pendant l’extension et d’étudier leurs conséquences sur l’enregistrement sédimentaire.
CHAPITRE 2
STRUCTURE ET EVOLUTION GEODYNAMIQUE DU GOLFE D’ADEN
1.1 CINEMATIQUE DE LA REGION AFRO-ARABE 35
1.2 EVOLUTION GEODYNAMIQUE DES FRONTIERES DE PLAQUES 38
1.2.1 La zone de suture au Nord de la plaque Arabe...38 1.2.2 Le point chaud des Afars et le magmatisme associé ...40 1.2.3 Les frontières divergentes au Sud de la plaque Arabe...42 1.2.3.1 Le rift est-africain... 43 1.2.3.2 La Mer Rouge... 46 1.2.3.3 Le golfe d’Aden... 51
1.3 HISTOIRE GEOLOGIQUE ET GEODYNAMIQUE DU GOLFE D’ADEN 55
1.3.1 Les structures héritées du Protérozoïque...55 1.3.2 La fragmentation mésozoïque du Gondwana ...56 1.3.3 La tectonique Tertiaire...59 1.3.4 La chronologie relative de l’ouverture Mer Rouge/golfe d’Aden ...61
1.4 LES MODELES D’OUVERTURE ET DE PROPAGATION DU GOLFE D’ADEN 64
1.4.1 Ouverture par rifting oblique...64 1.4.1.1 Rôle de l’héritage tectonique... 65 1.4.1.2 Importance du point chaud des Afars dans le contrôle de la direction de propagation du
rift ... 67 1.4.2 Les modèles de propagation de la dorsale de Carlsberg dans le golfe d’Aden...68 1.4.2.1 Les modèles de propagation continue ... 68 1.4.2.2 Les modèles de propagation avec « pauses » le long des discontinuités principales... 71
C
HAPITRE
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STRUCTURE ET EVOLUTION GEODYNAMIQUE DU GOLFE D’ADEN
La plaque Arabe est de taille relativement modeste comparée aux trois autres plaques l’entourant : les plaques Afrique, Eurasie, Somalie et Inde. Elle est limitée au Nord par une frontière convergente au niveau de la zone de collision avec l’Eurasie et par deux frontières divergentes au Sud au niveau des zones d’extension de la Mer Rouge, du golfe d’Aden et du rift éthiopien (Figure 0-1). La dérive NE de l’Arabie est à l’origine de l’établissement de deux frontières divergentes limitant le Sud de la plaque arabe : la dorsale du golfe d’Aden sépare l’Arabie de la Somalie et celle de la Mer Rouge l’Arabie de la Nubie. Ces deux frontières divergentes se connectent dans le triangle des Afars au rift est africain, autre frontière divergente séparant la Nubie de la Somalie (Figure 0-1). Par ailleurs, l’éloignement de l’Arabie par rapport à l’Afrique provoque l’ouverture de la Mer Rouge entre la péninsule du Sinaï au Nord et le détroit de Bab el Mandeb au Sud (Figure 0-1). Le golfe d’Aden sépare les plaques Arabie et Somalie. De direction N 75°E, il est oblique compte tenu de la direction d’ouverture globale N 025°E et s’étend de la zone de fracture d’Owen à l’Est jusqu’au golfe de Tadjoura à l’Ouest.
Les études consacrées à la région ont permis de mieux contraindre sa cinématique actuelle, déduite des modèles globaux de la tectonique des plaques ainsi que des études géodésiques. Les résultats de ces études sont présentés dans la première partie de ce chapitre. La deuxième partie dresse un bilan de l’évolution et de la géodynamique des frontières actuelles de la plaque. Par ailleurs, la compréhension du visage actuel de la zone ne saurait être complète sans la connaissance de son évolution géodynamique, depuis la fragmentation du Gondwana au cours du Mésozoïque jusqu’à l’individualisation de la plaque au Cénozoïque. Une synthèse des travaux actuels est proposée dans la troisième partie.
Concernant les mécanismes de propagation de la ride dans un contexte de rifting oblique, l’influence du chaud point des Afars et la présence de structures héritées sont maintenant admis comme étant des paramètres fondamentaux à considérer. Cependant, les modalités de propagation de la ride restent débattues et les différents modèles sont présentés dans la quatrième partie du chapitre.