Les marges continentales passives

Les marges continentales passivesSynthse

Pourquoi les tudier?

ETOPO 1

Isabelle Thinon

I. Thinon BRGM

Points abords

> Quest-ce quune marge continentale> Structure et architecture sdimentaire

Marges continentales passives divergentes non-volcanique Volcanique

Marges continentales transformantes Marges continentales obliques hyper-obliques

> Sdimentation sur les marges continentales > Pourquoi tudier les marges> Exemples de mthodes dinvestigations

2Sminaire OSUC 05/11/2013

I. Thinon BRGM

Quest-ce quune marge continentale?

Une bordure de continent

Une zone de transition entre un continent, constitu de crote continentale et une plaque

ocanique, constitue de crote ocanique.

ETOPO 1

Les marges continentales recouvrent 11%

de la surface de la Terre.

12 plaques lithosphriques*

3 frontires de plaque

Marges continentales passives divergentes

Marges continentales transformantes

Marges continentales actives

* Plaque lithosphrique: Ensemble rigide form de la crote et de la partie superficielle du manteau suprieur comprise entre la surface et 70-150 km de profondeur. Les plaques reposent sur lasthnosphre, un milieu solide, ductile. Elles sont dlimites par des zones actives ou limites de plaques. Actuellement, il y en a 12.

Frontire divergenteExtension au niveau de la dorsale

Frontire transcurrenteGlissement entre plaque le long dun dcrochement ou dune faille transformante

Frontire convergentezone de subduction


I. Thinon BRGM

O sont-elles ?

- Ocan atlantique- Ocan Arctique- Ocan Indien occidental- Australie- Antarctique- Mditerrane occidentale : Corse, Sardaigne, Provence (golfe du Lion)

Golfe du Lion. Source (Ifremer, SHOM)MNT (BRGM)

Marge continentale passive


I. Thinon BRGM


Marge continentale passive divergente


I. Thinon BRGM


Marge continentale passive divergenteDfinitions et gnralits

Marge continentale passive (ou stable):

- Zone de transition entre une masse continentale et la crote ocanique, qui se cre au sein de la mme plaque lithosphrique.

- Pas dactivit sismique et volcanique.

- Lieu o la crote continentale samincie (30 -> 0 km)

- Induite par des contraintes de distension lointaines (~perpendiculaire laxe du rift)

- Issue dune phase de rifting qui a aboutit la rupture lithosphrique et laccrtion ocanique

formation de 2 marges continentales passives conjugues.

Tirs des cours de Barriers


I. Thinon BRGM

Morphologie

- Plateau continentalBathymtrie (0 200 m)Pente trs faible (~0.1)Largeur (5 1500 km)Epaisseur crustale (~30-35 km)

- Pente continentale (talus)Bathymtrie (200 4000 m)Pente importante (1-5) et largeur variable (10 100 km)Entaille de canyons sous-marins Lieu de lamincissement crustal (30 qq km)

- Glacis continentalBathymtrie (25005000 m)Accumulation de sdiments au pied de la pente

- Plaine abyssaleBathymtrie (2500- 5000m)Lieu de la Transition Ocan/Contient (TOC)Socle: crote ocanique; TOC (crote transitionnelle); possible C.C.amincie


Marge continentale passive divergente Dfinitions et gnralits

Carte bathymtrique


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergenteDfinitions et gnralits

Reconstruction cinmatique (Gueguen, 1990)Fermeture du bassin liguro-provenalDaprs Gueguen(1990)

2 types de marges continentales passives en fonction de la quantit de sdiments dposs- Marges maigres (ex: Marge armoricaine du Golfe de Gascogne)

- Marges nourries (ex: Marge du Golfe du Lion, Marge du Gabon)

2 types de marges continentales passives en fonction de la largeur de lamincissement crustal- Marge troite (< 50km): ex: Marge de Provence

- Marge large (> 100km) : ex: Golfe du Lion

SO africaine daprs Sranne et Anka (2005)Marge armoricaine daprs Montadert et al. (1979)


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente

2 types de marges continentales passives en fonction de la structure

Marges continentales passives non-volcaniques

Marges continentales passives volcaniques

Gernigon et al. (2005)


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente non-volcanique



I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente:

- C.C. amincie, caractrise par une

succession de blocs basculs bords par des

failles normales pendage vers locan.

- C.O. issue d'une accrtion lente l'axe d'une dorsale.

- Transition Ocan-Continent (TOC) abrupte

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueStructure - connaissance avant le 21me sicle

CM16 (Montadert et De Charpal, 1979)Thinon, 1999

Partie proximalePartie distale

Rebord de plateau

Thinon, 1999

Coupe perpendiculaire la marge des Entres de la Manche (Golfe de Gascogne)11Sminaire OSUC 05/11/2013

I. Thinon BRGM

Daprs Manatschal, 2010

Terre-Neuve Ibrie

tudes gophysiques

20 km

Sismique rflexion

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueStructure - connaissance dbut 21me sicle

Exemple: marges conjugues Ibrie/Terre-Neuve (Atl. N)


I. Thinon BRGM


Terre-Neuve Ibrie

tudes gophysiques

20 km

Sismique rflexionMagntisme

Zones avec anomalies magntiques

Zone magntiquement calme

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueStructure - connaissance en ce dbut de 21me sicle

Exemple: marges conjugues Ibrie/Terre-Neuve (Atl. N)

C.O. C.C.

TOC


I. Thinon BRGM

Terre-Neuve Ibrie

tudes gophysiques


Sismique rfraction

Sismique rfraction

20 km


Daprs Manatschal, 2010Vitesse anormale: 7.3 7.6 km/s


I. Thinon BRGM

Terre-Neuve Ibrie

tudes gophysiques

20 km

Sismique rflexion

Sismique rfraction

Sismique rfraction

Forages ODP



Contrainte terrain


I. Thinon BRGM

Peron-Pinvidic_2006

Terre-Neuve Ibrie

tudes gophysiques


Sismique rfraction

Sismique rfraction

Forages ODP



TOC

Contrainte terrain


I. Thinon BRGM

Quest ce que la Transition Ocan-Continent (TOC)?


Peron-pinvidic- 2006

3 hypothses mises pour dfinir la TOC dune marge continentale passive non-volcanique

- une crote ocanique accrte au niveau dune dorsale lente trs lente (Sawyer, 1994; Whitmarsh and Sawyer, 1996),

- une crote continentale tire, amincie, dcoupe et intrudepar des matriaux igns (Whitmarsh et al., 1990a; Whitmarsh and Miles, 1995; Whitmarsh and Sawyer, 1996)

- un domaine dexposition de manteau suite au fonctionnement dune ou plusieurs structures dextension (Beslier et al., 1996; Krawczyk et al., 1996; Pickup et al., 1996; Discovery 215 Working Group, 1998; Chian et al., 1999; Dean et al., 2000).

A lheure actuelle, du point de vue gologique, les caractristiques de la TOC se rsument la prsence d'une zone de manteau subcontinental exhum composition variable, recouvert localement par des allochtones d'origine continentale et par des brches tectono-sdimentaires Daprs Peron-pinvidic- 2006


I. Thinon BRGM

La squence sdimentaire est gnralement subdivise en trois catgories (nomenclature classique Prosser (1993)): - Les sdiments prrifts (antrift): dpt avant toute

dformation lie au rifting. Tout comme la C.C., ils sont faills et basculs durant la phase de rifting.

- Les sdiments synrifts : dpt au cours du rifting (s.s.), pendant lactivit tectonique dextension. Forment des ventails sdimentaires au pied de la faille bordire.

- Les sdiments postrifts : premiers sdiments se dposer sur la C.O. Ils recouvrent la marge, en lissant la topographie. Ils sont sub-horizontaux sans aucun paississement ou convergence de rflecteurs. Daprs Peron-pinvidic- 2006

Exemple dimage sismique (Marge ouest-ibrique)

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueArchitecture sdimentaire zone proximale

!

Discordance sdimentaire du breakup ou post-rift =Sparation entre les sdiments pr- et synrift et les sdiments post-rift

Dfinition initiale: surface de non dpt ou drosion dont le hiatus sdimentaire est significatif. Elle spare des sdiments plus anciens de sdiments plus jeunes (Falvey, 1974; Driscoll et al., 1995),

Considrer comme limite temporelle et spatiale de la rupture lithosphrique (indicateur de la fin du rifting)


I. Thinon BRGM

Nouvelles observations mise en cause des concepts bass sur larchitecture sdimentaire

Intervalles sdimentaires syn- et post-rifts : Les structures en ventail , interprtes comme squence synrift , non limites au domaine continental, mais galement observes dans la TOC et sur la crote ocanique.

terme utilis = sdiments syn-tectoniques

Pour une meilleure caractrisation des diffrentes phases de rifting, distinguer les sdiments "syn-formation de la marge proximale",

"syn-formation de la marge distale", "syn-basculement des blocs continentaux", syn-exhumation mantellique" (Peron-Pinvidic, 2006)

Discordance sdimentaire de breakup ou post-rift La rupture continentale nest pas une frontire gographique donne, mais concide avec la mise en place dune large zone transitionnelle (> 160 km). Peron-Pinvidic (2006)

La discordance sdimentaire de breakup nest pas une limite temporelle mais graduelle (marge ibrique ~ 20 Ma) Peron-Pinvidic(2006)

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueArchitecture sdimentaire zone distale et TOC

Peron-pinvidic- 2006


I. Thinon BRGM

Synthse: Leurs caractristiques

Marge Iberie-Terre Neuve daprs VanAvendonk et al. (2009); Pron-Pinvidic and Manatschal (2009); Manatschal and Mntener (2009)

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueStructure - connaissance gologique en ce dbut de 21me sicle

Peu ou pas de magmatisme. Crote ocanique anormalement fine. Crote continentale amincie caractrise par des blocs de socle, bords de failles normales ( regard vers locan).Partie distale caractrise par une crote continentale fortement amincie et une TOCTOC de dimension non ngligeable : caractre ni ocanique ni continental. Crote transitionnelle avec des vitesses sismiques de propagation anormales (6.5 - 7.7 km/s). Prsence de manteau serpentinis.Systme sdimentaire complexe (pre-, syn- et post-rift; dpt de type SAG)Marges distales conjugues asymtriques et complexesEvolution tectonique et magmatique polyphases ; Evolution isostasique et thermique complexes

Nouvelles observations impliquent des changements importants dans les modles de formation.

Manteau sub-continental(hrit)

Manteau enrichi

Manteau ocanique


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive non-volcanique franaise

ex: Golfe du Lion / Marge de Sardaigne

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueQuelques exemples

Coupe de vitesse de propagation [Gailler et al. (2009)]

Coupe schmatique des marges conjugues (Rsultats de la campagne Sardinia)


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive non-volcanique franaise

ex: Marge armoricaine (Golfe de Gascogne)


Thinon, 1999; Thinon et al., 2003Profil de sismique rflexion interprt


I. Thinon BRGM


Marge fossile (Alpes)

Observation des structures du rifting et leurs relations avec les sdiments

Faille de forts pendagesQuand et o?

Failles de dtachement au toit du socleQuand et comment se forment-elles?

Exhumation du manteauRelations avec les processus magmatiques?



I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcanique



I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcaniqueO les trouver?

Marges continentales passives volcaniques font partie des grandes provinces ignes, qui se caractrisent par des emplacements massive de roches extrusives mafiques et des roches intrusives sur des priodes de temps trs courtes (White & McKenzie, 1989; Menzies et al., 2002).

Germigon (2005)


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcaniqueLeur structure

Lors de sa formation, activit volcanique importante domine principalement par des magmas tholtiques

Crote ocanique paisse

Grand volume de magma mis en place la TOC durant les premiers stades d'accrtion. SDR (seaward-dipping reflector) = rflecteurs sismiques inclins vers le large (SDR ocanique, externe, interne)

Traps pre-breakup

Prsence de nombreux sill/dyke intrudant le bassinsdimentaire pre-breakup

Geoffroy, 2005Coupe schmatique type dune marge volcanique

White, 1992

Linedrawing (interprtation de profil sismique)


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcaniqueLeur structure

Geoffroy, 2005Coupe schmatique type dune marge volcanique

C.C. amincie caractrise par des blocs basculs le long de faille regard vers le continent.

Les failles qui accommodent l'extension sont en partie syn-magmatiques et sont associes au dveloppement danticlinaux en roll-over, dchelle crustale.

Prsence dune crote infrieure ayant des vitesses sismiques de propagation anormales (7.1-7.8 km/s), appele LCB [lower crustal bodies] (Planke et al., 1991; Eldholm et al., 2000).

LCB souvent localis le long de la TOC mais peut stendresous la crote continentale.

Absence de forte subsidence durant et aprs la BreakupModle de vitesse le long dun profil perpendiculaire la marge


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcaniqueLeur structure. Ex: marge de Norvge et du Groenland

Groenland

Profil de sismique rflexion, Hopper et al. (2003)

20 km

50 km

modle de vitesse sismique de propagation Hopper et al. (2003)

SDRPrsence dun corps sous-plaqu de vitesse anormale (7.1-7.4 km/s)Zone damincissement crustal troite


I. Thinon BRGM


Vring - NorvgePlateau de Rockall

Plateau de VringSDRPrsence dun corps sous-plaqu de vitesse anormale (7.1-7.4 km/s)Faille normale regard vers le continent.Sill magmatique dans le bassin sdimentaire pr-breakupZone damincissement crustal est large


I. Thinon BRGM


Groenland

Modle de vitesse sismique des marges conjugues (groenland/rockall).

Vring - NorvgePlateau de Rockall

SDRPrsence dun corps sous-plaqu de vitesse anormale (7.1-7.4 km/s)Failles normales regard vers le continent Marge continentale passive volcanique est asymtrique et complexe


I. Thinon BRGM

Marge continentale passiveLeur formation


I. Thinon BRGM

Stade initial

Stade rift : rift actif ou passif

Cause de lamincissement lithosphrique initial = le rifting formation de rifts (fosss deffondrement)

Naissance des marges conjugues = le drifting accrtion ocanique

Stade Marge passive

Daprs M. Seranne cours MasterI Montpellier

Mature

Jeune

Marge continentale passiveLeur formation


I. Thinon BRGM

Mode damincissementDeux phnomnes peuvent tre lorigine de lamincissement initial : Rifting actif ou passif

Rifting actif : phnomne thermo-mcanique mettant en jeu lapparition dune anomalie thermique (ex: plume mantellique ).Il est dirig par la convection du manteau asthnosphrique chaud qui remonte sous la base de la lithosphre continentale induisant :

amincissement de la plaque lithosphriqueBombement rgional de la plaque lithosphrique

Rifting passif : phnomne dynamique mettant en jeu des contraintes surtout horizontales au sein de la lithosphre qui trouvent leur origine aux limites de plaque.

extension de la crote et du manteau lithosphrique amincissement important au niveau de la remonte du manteau asthnosphrique.

Note : lasthnosphre remonte de manire passive en rponse lamincissement de la lithosphre.

Daprs L. Barrier (2009) et Peron-pinvidic (2006)

(Sengor and Burke, 1978)

Marge continentale passiveLeur formation : stade rift


I. Thinon BRGM

Modifi daprs Ziegler, 1994 et Barriers

Amincissement symtrique et homogne dans toute la lithosphremarges continentales passives conjugues

identiquesPhase de subsidence initiale ~ simultane de ltirement

Amincissement asymtrique dans toute la lithosphre

La remonte max. du manteau lithosphrique nest pas laplomb de la zone damincissement max. de la crote.

marges continentales passives conjugues asymtriques

Amincissement asymtrique dans la crote et symtrique dans le manteau suprieur.

La CC infrieure et le manteau se dforment ductilement.marges continentales passives conjugues

asymtriques

Lieu damincissement max

Mode damincissement La rponse mcanique de la lithosphre aux contraintes dextension est variable.

Principalement 2 mcanismes proposs pour expliquer laccommodation de lextension par la lithosphre : cisaillement pur et cisaillement simple.

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueLeur formation : du rift aux marges anciens modles

I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente non-volcaniqueLeur formation : du rift aux marges nouveaux modles

tire

men

tAm

inciss

emen

tAc

crtio

n oc

aniq

ue

Modlisations numriques et analogiques

VanAvendonk et al. (2009); Pron-Pinvidic and Manatschal (2009); Manatschal and Mntener (2009)

Kusznir & Manatschal, 2010?


I. Thinon BRGM

Marge continentale passive divergente volcaniqueLeur formation : du rift aux marges modles

Les concepts de rifting actif sont appliqus la formation des marges continentales passives volcaniques

Geoffroy, 2005

Mod

e ac

tif

Rupture et accrtion ocanique

Stade de riftVolcanisme +

Trap


I. Thinon BRGM


Marge continentale transformanteMarge continentale oblique hyper-oblique


I. Thinon BRGM

Marge continentale transformante/obliqueGnralits

(Loncke, 2011 daprs Patriat)

25 30% des marges passives sont des marges passives transformantes/obliques

Ont t trs peu tudi par rapport aux marges divergentes

Mercier de Lpinay al., 2013


I. Thinon BRGM

Marge continentale transformante/obliqueGnralits


25 30% des marges passives sont des marges passives transformantes/obliques

Ont t trs peu tudi par rapport aux marges divergentes

Regain dintrt ces annes cibles importantes pour la prospection ptrolire

Mercier de Lpinay al., 2013


I. Thinon BRGM

Marge continentale transformanteDfinitions

- Zone de transition entre une masse continentale et la crote ocanique, qui se cre au sein de la mme plaque lithosphrique

- Lieu o la crote continentale samincie (30 -> 0 km)

- Induit par des contraintes de distension obliques parallles la limite sparant les deux masses continentales

- Localises dans le prolongement danciennes zones de fractures ocaniques : les failles transformantes.

- Lies aux spcificits et volution des systmes transformants et obliques

Loncke (Modified from Sage et al., 1997 & 2000)

Faille transformante:

- une partie active (faille transformante ocanique)

- une partie passive (plus de mouvement dcrochant)


I. Thinon BRGM

Marge continentale transformanteFormation

Scrutton (1979); Mascle et Blarez (1987)


C.C.C.C. amincie

C.O.

Marge divergente

Syn-rift

Post-rift

Marge transformante

M. transformante intra-continentale

M. transformante active

M. transformante passive


Activit tectonique dcale

polyphase et diachrone

Marge transformante




M. transformante active

M. transformante passive

Discordance post-rift

Discordance post-transform

Discordance post-transform


I. Thinon BRGM

Pente continentale: 200 4000 m

Pente linaire, troite et raide

(Marge de Ghana > 10, peut atteindre 20 ou 30)

Pente rosive

Marge continentale transformanteCaractristiques

Carte des pentes : Ex. Cte dIvoire Ghana (Mercier De Lpinay)

Nombreuses instabilits gravitaires

Nombreuses sorties de fluides


I. Thinon BRGM


- Ride marginale ou structure analogue => bordure qui pige les sdiments

- Basculement tardif de la marge vers le large

Mascle et Basile, 1998Basile, 1990

Exemple Cte dIvoire -Ghana

Moulin et al., 2010; 2012.


I. Thinon BRGM

TOC abrupte ; dnivel important du Moho (10-12 km sur une distance de 10km)

Contrastes importantes entre 2 lithosphres diffrentes (nature, ge, paisseur, rhologie, Thermicit)



I. Thinon BRGM

Marge continentale oblique

Zone de relais oblique

Segmentation de la marge


Marges obliques Segments transformants au sein dun systme oblique

Zone de relais oblique

Bot, Geoffroy et al., 2013

Obliquit avec la direction du rift Obliquit avec les structures de la marge

// u // u

Structures en chelon Sans partitionnement Avec partitionnement

1

u

Notion de rift oblique

I. Thinon BRGM


Ex: Golfe dAden


Pik et al.; Bellahsen et al., Autin et al. 2013 tectonophysics N607

I. Thinon BRGM


Bot, Geoffroy et al., 2013

Marge jeune

Drake, 2005

Michaud et al, 2004

Ex: Golfe de Californie

-Accrtion ocanique( partir de ~3.6 Ma (Sud))

propagation vers le nord en bassins en pull-apartdlimits par des failles transformantes de grande dimension

- Sur la margeFailles normales fort pendage (N90E N130E);Fonctionnement des failles de Tosco-Abreojos


I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentales

Une marge continentale est le lieu o les sdiments transitent du continent la plaine abyssale

Rfrences bibliographiques:Cours de BarrierGuillocheau et al. (2003)Vail et al., 1977 Guillocheau, 1994Nalpas, 2002Homewood et al., 2000Elments de sdimentologie et de Ptrologie sdimentaire univ. de lige http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htmPeron-pinvidic- 2006

(daprs Kendall, 2001)

I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentales

La sdimentation des marges est en grande partie influence par des facteurs externes tels que le climat, lrosion ou la circulation ocanique.

Elle est galement directement sous la dpendance de la subsidence de la lithosphre et des structures tectoniques actives ou hrites.

Transfert de matire et processus agissants sur une marge

http://www.geosciences.univ-ennes1.fr/spip.php?article441

I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentalesNature des dpts2 types de sdimentation: dtritique / carbonate

Erosion

Transfert

Dpts

Sdimentation dtritiqueIssu principalement de lrosion des continents (terrigne) et de squelettes dorganismes vivants (biodtritique).

Taux de sdimentation ~ 30 cm/Ka

sauf delta du Mississipi ~ 4 m/Ka)

Diversit des plates-formes

variation des facteurs de l'environnement : la morphologie, l'hydrodynamisme, les apports, le climat, ...

Mais surtout de laccommodation dune marge.

Sdimentation carbonateIssu de la production biologique de l'ocan (plancton).

Taux de production trs lev: 1m/Ka

Diversit des plates-formes

variation des facteurs de l'environnement : la morphologie, l'hydrodynamisme, le chimisme (salinit, oxygnation), la pntration de la lumire.

I. Thinon BRGM

Sdimentation carbonate sur le plateau continental

Sdimentation des marges continentalesArchitecture des dpts carbonates

Elments de sdimentologie et de Ptrologie sdimentaire univ. de lige. http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/sedimentologie.htm

On distingue:1. Plateau continental calcaire et plateforme insulaire calcaire : Vastes

zones daccumulation de dbris/squelettes calcaires d'organismes (plancton).

Sdimentation au niveau de la plaine abyssale

Bahamas (Y. Arthus-Bertrand)

"Grand Trou Bleu" dans l'atoll de Belize2. Les rcifs coralliens se retrouvent sur les

plateaux continentaux calcaires ou les plates-

formes insulaires en zone tropicale.

- Barrire rcifale sur le rebord du plateau

- Rcifs insulaires ou des atolls

Loin du continent, particules dtritiques fines et lments planctoniques

Elments planctoniques : dbris carbonats et siliceux.

Particules terrignes : argiles d'origine continentale apportes en suspension par les courants ocaniques et poussires transportes par les vents. Dans les hautes latitudes s'ajoutent les matriaux glaciaires apports par les glaces flottantes et les vents


I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentalesArchitecture des dpts dtritiques

La distribution et larchitecture des sdiments meubles sont fonctions

des courants, vagues et mares

du volume dapport des sdiments.

Zonation fonction de laction de la mare

zone supratidale, au-dessus du niveau moyen de la mare haute

zone intertidale = zone de balancement des mares

zone infratidale, en-dessous du niveau des basses mers.

Zonation fonction de laction de la houle

Zonation fonction de laction du courant

Zonation bathymtrique du plateau


Rides de vagues

Rides de courant

Dunes (mgarides)

Antidunes

Plans parallles

15 m 500 m

Plateau continental interne (Faible bathymtrie - bordure littorale)

Hydrodynamisme du milieu -> Formes sdimentaires


I. Thinon BRGM


stratifications obliques, cres par des courants de direction constante


Stratifications obliques dans un grs du Palozoque infrieur, Kalbarri, Australie

Formes sdimentaires -> Hydrodynamisme du milieu



I. Thinon BRGM




Proust et al. 2013 geosciences N17La sdimentation littorale lapproche des embouchures

Dynamique des ctes sableuses .

Idier et Thibot, 2013 (Gosciences N17)

I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentales Erosion/incision

Prsence de rseaux de valles incises sur le plateau au large de fleuves actuels (ex: palo-Loire).

Ces palo-valles sont gnralement combles par des sdiments rcents.

Marqueurs des baisses du niveau marins successifs associs aux variations glacio-eustatiques du Quaternaire

Proust et al., 2010

Erosion et incision sur le plateau continental

Thinon et al. 2008


I. Thinon BRGM

Sdimentation dtritique : pente continentale/glacis/plaine abyssaleDpts turbiditiques

Elments de sdimentologie et de Ptrologie sdimentaire univ. de lige.


1. Glissement de terrain mobilise une grande masse de sdiment: Structures de slumps (sdiment peu dstructur)

2. Debris flow: coulement plastique o les particules sont supportes par une matrice.

Dbris de toute taille. Mal classs.

3. Ecoulement mixte: des sdiments rods sont incorpors la masse glisse. La densit et la vitesse augmentent;

4. Courant de turbidit se dveloppe (fluide o les particules sont maintenues en suspension par la turbulence seule). Ils ont un grand pouvoir de dplacement (vitesse de 25 100 km/h f(pente); une grande extension des dpts (> 200.000 km2); et un grand pouvoir de transport (> 200 km3 sdiment).

Dpt de turbidites: dpts dont le mode de transport est un courant de turbidit.

Sdiments plutt fins.

Granoclasses.

Epaisseur variant de quelques cm 1 mtre;


I. Thinon BRGM

Sdimentation dtritique : pente continentale/glacis/plaine abyssaleDpts turbiditiques

selon Shanmugam, 1997

Elments de sdimentologie et de Ptrologie sdimentaire univ. de lige.

squence idale de turbidite de moyenne densit ("sq. de Bouma").Terme A (le + grossier) = chenaux de turbidites; Termes B-D = lobe proximal, Terme E =le lobe distal.


Classes de turbidites = f(granulomtrie et loignement par rapport la source des sdiments)


I. Thinon BRGM

Sdimentation des marges continentalesArchitecture des dpts dtritiques sur le plateau continental

Diversit des plates-formes :

variation des facteurs de l'environnement : la morphologie, l'hydrodynamisme, les apports, le climat, ...

Mais surtout de laccommodation dune marge.

Duvail (2008)


I. Thinon BRGM

F(x,t)F(t)

F(x,t)

Laccommodation (A) = volume disponible entre le niveau marin et le fond du bassin. Il dpend de 3 facteurs.

Le flux sdimentaire (S) : quantit de sdiments dposs en fonction du temps.

Le niveau eustatique ou niveau moyen des mers. Oscillations traduisent des interactions entre des phnomnes tectoniques et/ou climatiques (priodes glaciaires et interglaciaires).

La subsidence, enfoncement progressif de la marge

Ces trois facteurs agissent ensemble, mais cest le facteur le plus variable (souvent le niveau eustatique) qui contrle laccommodation dune marge continentale

Guillocheau et al. (2003)Cours de Barrier

Sdimentation des marges continentalesArchitecture des dpts sur le plateau continental

Plus le flux est lev, plus laccommodation diminue

Plus le niveau eustatique est lev, plus laccommodation augmente

Plus la vitesse denfoncement est leve, plus laccommodation augmente


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Architecture stratigraphique Fonction de lespace disponible pour laccumulation des sdiments et du volume de ces sdiments (flux sdimentaire). Il faut comparer le rapport A/S


A > SAccumulation de dpts de plus en plus prs du continent;Ligne de rivage recule

A = SLespace disponible est aussitt rempli par les sdiments.Ligne de rivage ne varie pasA < SAccumulation de dpts en progression vers le largeLigne de rivage avance vers le bassin

A = 0Le bassin se comble petit petit.Ligne de rivage avance vers le bassin

S > lespace disponibleLigne de rivage avance vers le bassinErosion

60Sminaire OSUC 05/11/2013Homewood et al. (1999)

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Squences sismiques (Vail et al., 1977)

Le cycle de variation du niveau marin relatif peut tre reconstitu par lanalyse des gomtries des squences sismiques.

Schmatisation de concepts de la stratigraphie squentielle http://www2.ulg.ac.be/geolsed/sedim/compl_sedim.htm#STRATIGRAPHIESEQUENTIELLE

La notion daccommodation est un apport majeur des concepts de

La stratigraphie squentielle Mthode pour accder aux relations gomtriques et chronologiques lintrieur densemble sdimentaire

Dveloppe partir des mthodes de stratigraphie sismique et des concepts du modle dExon (Vail et al. 1977)Principe: Les sries sdimentaires sorganisent en une succession logique de squences de dpt essentiellement contrles par les

fluctuations du niveau relatif marin (eustatisme + tectonique). Les squences de dpt sont bases sur les discordances

(diachrones) lies la chute du niveau marin (disc. rgressives). Entre 2 discontinuits, la sdimentation est suppose continue.

Stratigraphie gntique (Galloway, 1989, Homewood et al., 1992): Notion de squence stratigraphique gntique dfinie entre 2 surfaces de transgression maximum. Les squences de dpt caractrisent

des cycles davance et de recul de la ligne de rivage. Se rapprochent des lignes temps.

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Exemple de squences sismiques (Brsil) Pino-Morna, 1998

Sdimentation des marges continentalesArchitecture des dpts sur le plateau continental

Stratigraphie squentielle Reconstitution de lvolution des paysages passs (4D)

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Pourquoi tudier les marges continentales ?

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Pourquoi tudier les marges ? Rpondre aux besoins socitauxQuelques exemples .

Les plateaux continentaux (domaine ctier/littoral) Amnagement du littoral

Dveloppement des infrastructures : tunnel sous la Manche, ponts, ports,

Ressources minrales: granulats,

Energies renouvelables (oliennes/hydroliennes/,stockage nergtique, gothermie, ..)

milieu fragile

Impacts environnementaux (pollution),

zones submersibles (tsunamis, houles, temptes),

rosion du littoral

volution du climat (lvation du niveau marin 50cm 1m pour 2100)

Les pentes continentales Risques (avalanches, tsunamis)

Les marges (plateau domaines profonds)Ressources minrales et nergtiques: Ptrole, Gaz mthane, Hydrates de gaz; nodules polymtalliques (Mg, Ni, Cu, Co), encroutement cobaltifres, ..)

Granulats marins

EolienGothermie

Tunnel sous la Manche

Pont

Tsunamis

Port

Zone protge

Plateforme ptrolire


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Pourquoi tudier les marges ? Rpondre aux besoins socitaux Les ressources nergtiques fossiles

Comprendre la formation des gisements de ptrole et de gaz, leur pigeComment repre t-on un gisement ptrolier potentiel ?

http://www.planete-energies.com/fr/les-sources-d-energie/le-petrole-et-le-gaz-3.html


Plateforme ptrolire

Recherche de nouveaux sites, piges,

Amlioration des outils dexploration, dextraction, de transport,

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Pourquoi tudier les marges ?

Rpondre aux besoins socitaux Les ressources minralesmatire premire pour industrie de la constructionLes granulats marins (Augris et Simplet, 2013 Geosciences N17)


Granulats marins = sables siliceux et calcaires, et algues calcaires (marl). Les granulats siliceux secteur du btiment et travaux publics (BTP).

Les granulats calcaires agriculture (amendement des sols) et traitement des eaux.

Les rserves exploitables se limitent ~2% du volume inventori des ressources

Quelques chiffres

Consommation de granulats (379 Mt en 2011)

Dcroissance des granulats alluvionnaires (31% 2011) remplace par les granulats concasss et recycls.

Intrt croissant port aux ressources en granulats marins reprsente 2% de la production (30milliards m3 disponibles entre 10 et 50m)

Quantit annuelle de matriaux autorise lexploitation (arrt prfectoral) en 2013 10,5 millions m3

Exploration

Exploitation (rgie par le code minier)Impact temporaire ou permanent sur le milieu marin

Drague aspirante

Titres miniers en cours et demands

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Pourquoi tudier les marges ? Rpondre aux besoins socitaux Les ressources minrales

Position et fertilit des districts aurifres en fonction de langle de la plaque en subduction (plan de Benioff). Billa et al. (2004).

Guillou-Frottier et al. -2012 Godynamique et ressources minrales. Gosciences n15 Ressources minrales PDF tlchargeable sur le site BRGM

Subduction ocanique: le type de subduction

dtermine la nature du magma typologie des gisements associs

A grandes chelles, les zones faible pendage de la plaque plongeante sous les Andes correspondent aux zones aurifres les plus fertiles.

Rifting: Apport thermique et failles favorisent les minralisations. Le rifting (Tanzanie) associ des ruptions de laves carbonatitiques, pauvres en silice et riches en terres rares, phosphore, niobium, uranium, thorium, etc.

Gense et environnement de dpt des formations de fer rubanes (BIF)

Sdimentation (godynamique non implique)Roches sdimentaires dorigine chimiqueEx: Formations de fer rubanes formes lors du passage du fer ferreux (soluble) ltat ferrique (insoluble), lie loxydation progressive des ocans. (principaux gisements de fer dAfrique ).


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Rpondre aux besoins socitaux Les nergies marines renouvelables

Les nergies marines renouvelables - EMR (De Roeck, 2013 Geosciences N17)


Exploration Exploitation, Installation et dsinstallationEx: parcs offshore dolienne

Diversit

Les mareso Installation dans estuaire (ex: usine

marmotrice de la Rance)o PB: Forte anthropisation du milieu marin

Energie hydrocintiqueo Hydroliennes (hlices et turbines) dans les

zones de forts courants de mareo Ex: Raz blanchard,

La houle, les vagues (stade peu avanc)

Lolien (seule exploite de faon industrielle)o Parc olien (100 oliennes; 2GW + 1GW)o Fondation gravitaire ou fixe au solo Trs offshore: oliennes flottantes

Lnergie thermique (ETM)o Pompage de leau de mer grandes

profondeurs (lectricit ou climatisation) et en surface (chauffage urbain)

Bonne connaissance gologique

Haute technologie- Captage dnergie

- Transport

- stockage

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Article 76 de la Convention des Nations Unies sur le droit de la mer (Montego Bay, 1982) fixe les critres qui permettent un tat ctier de revendiquer un plateau continental et den fixer les limites.

Ces critres sont bass sur la morphologie, la bathymtrie et la gologie.

Critres de slection 60 milles du pied de pente ; une distance de 100 milles de l'isobathe 2500 m. Epaisseur de la couverture sdimentaire (= au

centime au moins de la distance entre le point considr et le pied de pente) ;

une distance de 350 milles des lignes de base partir desquelles la largeur de la mer territoriale est mesure

Extension du plateau continental juridique franaisLe domaine maritime sous juridiction franaise (11 M km2) constituent la Zone Economique Exclusive (ZEE) et le plateau continental de la France

Projet EXTRAPLAC : http://www.extraplac.fr/Ce programme a ralis et dpos les dossiers auprs des Nations Unies avant le 13 Mai 2009 pour tre examins par la Commission des Limites du Plateau Continental. Il devrait permettre la France daugmenter son domaine maritime de plus de 1.5 Million de km2


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Mthodes dinvestigations

Prlvements (nature et datation) Carottages (roches et sdiments) Forages

Moyens gophysiques (gomtrie, proprit physique du milieu,) Gravimtrie/Magntisme

Imagerie acoustique

Sismique rflexion

Sismique rfraction

Observation terre (marges fossiles )

C. Jackson Virtual Seismic Atlashttp://see-atlas.leeds.ac.uk:8080/homePages/generic.jsp?resourceId=090000648000f239

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Mthodes dinvestigationsAcquisition de donnes

TETHYSII (INSU) 25mNavires hauturiers, ctiers

Positionnement plus prcis : DGPS, GPS

Forte volution des technologies dacquisition et dans leur traitement

Marion Dusfresne II (IPEV) - 120m

Pourquoi-Pas? (Ifremer/SHOM) 107m

Haliotis (Ifremer)- 10m


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Sondes (SHOM)

Bathymtrie MNT 50MSources: sondes hydrographiques (SHOM)

Bathymtrie MNT 5MSources: SMF petit fond

Lev multifaisceaux SMF (grand/petit-fond) + imagerie acoustiqueSondes hydrographiques ou Lev monofaisceau

Mosaque Imagerie acoustiqueSources: SMF petit fond

Mthodes dinvestigationsDonnes de base : bathymtrie (Topographie et morphologie du fond marin)

Guennoc et al. 2008 Guennoc et al. 2008

Guennoc et al. 2008


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Quelques exemples


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Quelques exemples

http://www.dorsetwildlifetrust.org.uk/doris_map


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Bathymtrie MNT 50MSources: sondes hydrographiques (SHOM)

Bathymtrie MNT 5MSources: SMF petit fond

Mthodes dinvestigationsDonnes de base : bathymtrie (Topographie et morphologie du fond marin)Laser aroport (LIDAR) : Altimtrie continue terre-mer

Fournir un modle altimtrique prcis, continu terre-mer pour toutes les applications littorales

Litto 3D (SHOM): Golfe du Morbihan

www.shom.fr/litto3d.htmwww.ign.fr

Emprise du rfrentiel terre : altitude 10 m et au moins 2 km partir du trait de cte mer : isobathe 10 m (tendu 20 / 30 m dans certaines zones)

Sur terre / Lev LIDAR topographique prcision verticale meilleure que20 cm (95%) rsolution mtrique filtr du sursol

En mer/ Lev LIDAR bathymtrique prcision verticale meilleure que50 cm (95%) rsolution 5 m


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Mthodes dinvestigationsApproche gophysique : imagerie acoustique

Lev de sonar latral :

Fournir des cartes de rflectivit acoustique du fond-marin

Cartographie des sdiments (structures sdimentaires, signature acoustique (facis), zone de roches)

Montre parfois la structuration des zones rocheuses.

(Pluquet, 2005)

Epaves et blocs rocheux (Pluquet, 2005) Structure sdimentaire + herbier (Pluquet, 2005)

Structuration des micaschistes (Thinon, 2010)


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Mthodes dinvestigationsApproche gophysique: proprit physique du sous-sol

Gravimtrie

Mesure le champ de pesanteur qui permet de dterminer des anomalies de densit dans le sous sol.

Fournir des cartes danomalie gravimtrique (anomalie de Bouguer)

Magntisme

Mesure le champ magntique ambiant = champ magntique terrestre + champ magntique gnr par les roches du sous-sol (fonction susceptibilit).

Fournir des cartes danomalie magntique

Gailler et al., 2013Thinon et al., 2010


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Mthodes dinvestigationsApproche gophysique: Gomtrie des formations du sous-sol

Sismique rflexion

Source Flte sismique multitrace

Gomtrie du sous-sol (2D 3D)

Flte sismique monotracesflte sismique multitrace (6 96 -traces)

Exemple de profil sismique rflexion haute rsolution (BRGM)

3D

2D


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Sismique rflexionPuissance de la source utilise est fonction de lobjet gologique visualiser

Profondeur Puissance Rsolution

Canon air 80 210 bars

Seul ou en batterie(ex: Matriel Ifremer)

Compresseur (ex: matriel INSU)

Sparker(tinceleur)(50 1000 J ; 30 200 brins

BoomerSeistec


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ECORS

2250 m

Exemple de diffrentes rsolutions sismique Ex: Marge du Golfe du Lion

Imag

erie

de

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trs

haut

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solu

tion

des

obje

ts g

olo

giqu

es

750 m

Sismique ptrolire75 m

Sismique Haute rsolutionBRGM-Univ. Montpellier (2008)

7.5 m

Sismique Trs Haute rsolutionUniv. Caen Tessier B.

Baie du Mont St-Michel


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Profil de sismique rflexion Boomer trait (BRGM, I. Thinon)Adaptation filtre de Houle sousSU (Mary & Chaumillon, 2004)

~ 7 m

Traitement


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Duvail (2008)

Interprtation


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Mthodes dinvestigationsApproche gophysique: sismique rfraction

Loi de vitesse de propagation sismique

Modle de vitesse sismique le long dun profil


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Mthodes dinvestigationsApproche gologique: contrle terrain

Prlvements bennesPhotos-vidos

Carottier sdiments (INSU)~ 3-5 m

Carottier roche

Photo I. Thinon BRGM


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Mthodes dinvestigationsApproche gologique: contrle terrain

Sous-marins ou engins ROV Forages (IODP, DSDP, ODP, ptroliers)

Carottier gant sdiment < 60 m de long ; z < 5000mLe Calypso (Marion Dufresne II, IPEV)

Photo I. Thinon BRGM

Photo Ifremer

Photo WEB


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Les marges continentales passives

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