PESSANHA Ivo 2011 These Finale

THSE / UNIVERSIT DE BRETAGNE OCCIDENTALEsous le sceau de lUniversit europenne de Bretagne pour obtenir le titre de DOCTEUR DE LUNIVERSIT DE BRETAGNE OCCIDENTALE Mention : Gosciences Marines

prsente par

Ivo Bruno MACHADO PESSANHAPrpare l'Institut Universitaire Europen de la Mer, Observatoire des Sciences de l'Univers

cole Doctorale Sciences de la Mer

volution Temporelle et Spatiale du Systme d'Interaction entre le point chaud de Tristan da Cunha et la Dorsale de l'Atlantique Sud.

Thse soutenue le 21 novembre 2011 devant le jury compos de : Anne BRIAISDr., HDR, Charge de recherches CNRS, Observatoire MidiPyrnes, Toulouse / Rapporteur

Jrme DYMENTDr., HDR, Directeur de recherches CNRS, Institut de Physique du Globe, Paris / Rapporteur

Marcia MAIADr., HDR, Charge de recherches CNRS, Laboratoire Domaines Ocaniques, IUEM, Plouzan / Directrice de thse

Sidney Luiz de MATOS MELLOPhD, Professeur Associ III, Universidade Federal Fluminense, Niteri, Brsil / Directeur de thse

Pascal GENTEDr., HDR, Directeur de recherches CNRS, Laboratoire Domaines Ocaniques, IUEM, Plouzan / Examinateur

Bruno GOUTORBEDr, Professeur Adjoint, Universidade Federal Fluminense, Niteri, Brsil / Examinateur

Kaiser Gonalves de SOUZADr, Chef de la Division de Gologie Marine, Servio Geolgico do Brasil - CPRM, Rio de Janeiro, Brsil / Invit

2 Remerciements Je tiens exprimer mes remerciements les plus sincres toutes les personnes qui mont soutenu et aid raliser ce travail. Jadresse mes remerciements aux membres de jury qui ont bien voulu accepter de juger ce travail. De mme, je veux remercier lInstitut Universitaire Europen de la Mer en les personnes dlisabeth BONDU et ric CORNIL qui ont toujours t trs ecaces mme lorsque les demandes dbordaient de leurs attributions. Je tiens remercier le laboratoire de gosciences marines Domaines Ocaniques UMR-6538, CNRSUBO, et tout particulirement Marcia MAIA qui a accept de diriger cette thse et ma beaucoup enseign et soutenu tout au long de cette odysse qui semblait parfois ne pas avoir de n. Un grand merci galement Jean-Yyes ROYER, Pascal GENTE, Christophe HEMOND, Julie PERROT, Christophe MARTIN, Dominique GAC. Merci aussi tous mes collgues thsards et mes amis du bureau, du laboratoire et de la vie Brest qui se reconnaitront ici, en particulier Abel BALANCHE, Caroline GERNEZ, Carole CORDIER, Vincent BRANDON, Elise QUENTEL, Yassine ABDELFETTAH. Mes sincres reconnaissances aux amis inconnues de n danne, Martin AGIS, Osana BONILLA, Marie CAPOULADE, Romain SCHABAILLE et Flavia DELCOURT pour vos allgres prsences dans nos vies. Un merci tout spcial Anthony COSTE et la famille COSTE qui ont t trs gentil avec nous tout au long de nos sjours Brest. Je tiens remercier la Coordenao de Aperfeioamento de Pessoal de Nvel Superior (CAPES) de mavoir accord une bourse pendant 3 ans, avec laquelle jai pu raliser une grande partie de ce travail. Un grand merci Sidney Mello. Dabord, pour mavoir propos de postuler ce sujet de thse. Avant cela, je naurais mme pas imagin faire une thse Brest (ou mme en France), surtout sur un sujet aussi loign des processus des marges continentales. Ensuite, merci pour lindication au poste de professeur substitut au sein du Laboratorio de Gologia Marinha LAGEMAR UFF, sans lequel je pense que je naurais jamais crire ces remerciements.

3 Merci la joyeuse quipe du Laboratorio de Gologia Marinha LAGEMAR UFF davoir bien voulu de moi, et merci pour avoir pu compter sur votre aide. En particulier un grand merci Cleverson GUIZAN, Isa BREHME, Jorge PALMA et Susanna SICHEL. A Carla, par ma volont nous sommes venues Brest. Pour la langue, la mto, la culture et les problmes dargents cela t une grande aventure. Mais nalement lapprentissage de la langue, la culture et les amitis conquises nous ont bien rcompenss. De plus, nous sommes rentres au Brsil en nombre de trois. Sans compter que, plus que magiquement, dici peu nous serons au nombre de quatre. A toi Carla et toute ma famille, je nai pas t trs prsent pendant ces dernires annes ; je nai pas toujours t attentionn avec vous. Merci pour tout, cest en grande partie grce vous si je suis l aujourdhui. Vous, qui sans trop comprendre de quoi il en retournait, mavez apport un soutien constant tout au long de ce priple. Merci aussi toutes les dicults (on ne les remercie jamais assez), cest grce elles que jai progress.

. . . Et je vais y arriver ... car la victoire dun homme parfois se cache dans un geste fort que lui seul peut voir . . . ... E eu vou chegar ... pois a vitria de um homem as vezes se esconde num gesto forte que s ele pode ver...O Rappa (Lado B Lado A)

4 Abstract In this work we have studied the space and time evolution of the Tristan hotspot and south Mid-Atlantic Ridge interaction system. The Tristan hotspot and its associated bathymetrical features (i.e. Walvis Ridge in the African plate and Rio Grande Rise in the South American plate) are ones of the most signicant features of the South Atlantic Ocean. However, this system is not as well studied as the systems in the North Atlantic (e.g. Azores and Iceland), and their origin and evolution is an open subject. Data compilation of the available surveys from the National Geophysical Data Center (NGDC) and satellite-derived bathymetry were treated to generate a Digital Elevation Model (DEM) for the entire South Atlantic Ocean. Satellite-derived free-air anomaly data and sediment thickness data were used to calculate the mantle Bouguer anomaly (MBA) and digital isochrons of the ocean oor were used to calculate the residual mantle Bouguer anomaly (RMBA), residual bathymetry and new poles for the South America and Africa relative plate motions. Satellite-derived geoid data and the Earth Gravitational Model - EGM2008 were used for the separation of the dierent components in the geoid data with the calculation of lters using dierent levels and degree of spherical harmonics. From kinematic reconstructions based on new rotation poles calculated in this work and using the most accepted hypothesis for the current position of the hotspot, as the volcanic island of Tristan da Cunha, the chronology of the emplacement of the volcanic structures could be detailed. This highlighted the existence of several axes jumps and periodic variations in the magma supply to the axis resulting in a periodic alternation between periods of construction and axial ruptures of the axial plateau. The detailed comparison of the estimated position for the Tristan da Cunha hotspot and the location of the volcanic structures of the Walvis Ridge whose ages are known, underlined that the formation of the Walvis Ridge cannot be explained in its entirety by the evolution model involving an interaction between the South Atlantic Mid Ocean Ridge and a hotspot whose current position is in the island of Tristan da Cunha. Next, we evaluated the temporal evolution of the inuence of the hotspot to the South Atlantic Mid-Ocean Ridge axis with respect to changes in the residual bathymetry (RB) and the residual mantle Bouguer anomaly (RMBA) with the

5 analysis of variations in the spreading rate and the hotspot-ridge distance. For the early stages of the South Atlantic opening, the RMBA and BR anomalies are stronger for the African plate then for the South American plate. This suggests that the position of the hotspot was beneath the African plate since the beginning of the opening of the South Atlantic Ocean. In summary, there are three dierent periods for the Tristan da Cunha hotspot and South Atlantic Mid-Ocean Ridge interaction system. A period of rapprochement of the ridge to the hotspot between 115 Ma and 100 Ma, in which it is observed the inuence of the hotspot on the ridge axis for at least the distance of 150 km. Then, between 95 Ma and 60 Ma, we observed that the ridge is directly above or very close ( 2 wt.%). Les basaltes HTiB sont prdominants dans le nord du bassin du Paran (au nord de 26S) et les roches LTiB dominent la partie sud (Hawkesworth et al., 2000). Les HTiB sont couramment observe dans les volcanismes intraplaque, comme les OIB Pearce et Cann (1973). Les basaltes les plus anciens (138 129 M a ) dans le nord et louest de la zone principale sont marqus par de hautes valeurs de T i/Y . Ces basaltes prsentent une composition semblable aux groupes des dykes NW-SE et on peut en dduire que ces magmas ont eu une origine commune (Hawkesworth et al., 2000). Dun autre ct, les laves faible rapport T i/Y se sont mises en place le long de dykes parallles la cte, dans un intervalle de temps plus court (133 127 M a) (Figure 2.2.1). Selon Stewart et al. (1996), le magmatisme a commenc en rponse lextension responsable des dykes NW-SE, et a continu pendant environ 10 M a. En revanche, le magmatisme des dykes parallles le long des ctes a commenc autour de 133 M a et fut accompagn dune augmentation marque des taux druption due au dbut de la rupture continentale.

2.3

La chane volcanique de Walvis et llvation du Rio Grande

Dans locan Atlantique Sud sobservent les rides volcaniques du Rio Grande et de Walvis. Llvation du Rio Grande sur la plaque sud-amricaine spare le bassin du Brsil du bassin dArgentine, et la ride de Walvis situe sur la plaque africaine spare le bassin dAngola du bassin du Cap (Figure 2.1.1). Llvation du Rio Grande est un plateau ocanique constitu de basaltes tholitiques enrichis en

CHAPITRE 2. CADRE GODYNAMIQUE

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Figure 2.2.1: Distribution du volcanisme LTiB et HTiB dans Paran et Etendeka. Daprs (Hawkesworth et al., 2000).


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lments incompatibles par rapport aux MORB de lAtlantique Sud (Fodor et al., 1977). Llvation du Rio Grande est une grande structure volcanique, limite au nord et au sud par les zones de fractures du Rio Grande et de Chui, respectivement (Figure 2.1.4). La morphologie est complexe et nest pas courante pour une chane volcanique associe la trace dun point chaud. De plus, elle prsente une orientation gnrale W-E qui ntait pas suppose cohrente pour lanalogue dans la plaque amricaine de la chane Walvis. Dans le dtail, llvation du Rio Grande est divise en deux ou trois segments selon les auteurs (e.g. (Fodor et al., 1977; Kumar, 1979; Gamboa et Rabinowitz, 1984; Cande et al., 1988). Les portions centrale et orientale ont dimportantes expressions bathymtriques, tandis que la portion occidentale est rode par les courants de fond. La rgion occidentale nest gnralement pas considre comme une partie de llvation du Rio Grande, mais fut reconnue comme telle par Kumar (1979) (Figure 2.3.1). Dans la littrature, la portion centrale de llvation du Rio Grande est, daprs les donnes de sismique et de sondage DSDP, couramment reconnue comme dge Santonienne/Coniacienne (85 M a) (Theide, 1977; Gamboa et Rabinowitz, 1984; Cande et al., 1988). Cependant, daprs les mmes auteurs, cette rgion fut thermiquement ractive vers le dbut de lEocne (45 M a) avec comme consquence limplantation dune srie de monts sous-marins. Selon Gamboa et Rabinowitz (1984), la fracture majeure qui divise le plateau central est due lvnement tectonique intraplaque du Snonien-Eocne moyen (88,5 et 38,6 M a), associe la zone de dformation du Cruzeiro do Sul (Souza, 1991). Le site 516 du DSDP sur la portion centrale a rencontr des basaltes tholitiques, mais distincts des tholiites de la dorsale mdio-ocanique. Cependant, les roches dragues partir des guyots et monts sous-marins sont des basaltes alcalins caractristiques des les ocaniques (Fodor et al., 1977). La portion orientale de llvation du Rio Grande est spare de la portion centrale par la plaine abyssale, sauf dans le nord o elles sont presque contiges. La portion orientale, cre par un mcanisme de migration de laxe de dorsale (Gamboa et Rabinowitz, 1984), est oriente N-S et stale sur 600 km dlimite par les zones de fractures Rio Grande et Chui. Un segment de palo-axe de dorsale est prsent dans


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Figure 2.3.1: Carte de bathymtrie avec les principales structures prsentes dans la rgion de llvation du Rio Grande (ERG), portion orientale (ERG Or.), portion occidentale (ERG Oc.) Plateau de So Paulo (P. SP) et les zones de fractures.


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le sud de cette portion avec les anomalies caractristiques de louverture ocanique clairement identies (Cande et al., 1988). Souza (1991) pense quun saut de dorsale de 200 km vers lest dans lanomalie 32 (74 M a) a suivi le dbut de lpisode tectonique responsable de la zone de dformation du Cruzeiro do Sul (84 M a). La ride de Walvis stend sur plus de 3000 km dans une direction gnrale NE-SW, depuis la marge africaine jusqu lle de Tristan da Cunha (37S, 12W) situe 500 km lEst de la dorsale atlantique (Figure 2.3.2). La chane volcanique Walvis prsente une variation morphologique compatible avec une mise en place des structures en contexte progressivement plus intraplaque. Une portion nord, constitue dun plateau basaltique align W-E limit au nord et au sud, par la zone de fracture Rio Grande, est suivie dune portion centrale aligne NE-SW forme de volcans coalescents, et enn vient une portion SW compose dalignements de volcans coniques individuels (Figure 2.1.4). Dirents auteurs, se basant sur des tudes sismologiques et des anomalies de gravit, indiquent que lpaisseur moyenne de la crote sous Walvis est de 12 15 km, et que la signature sismique est compatible avec une origine ocanique (Detrick et Watts, 1979; Goslin et Sibuet, 1975). Lidentication des anomalies magntiques 32 (84 M a) prs du sommet de Walvis, associes la prsence des anomalies plus jeunes stendant louest dans le bassin de lAngola (Rabinowitz et LaBrecque, 1979) soutient lide que cette portion de la ride Walvis fut forme laxe de la dorsale mdio-ocanique. LAtlantique Sud est beaucoup moins connu que lAtlantique Nord. Pour la chane volcanique de Walvis les seules donnes existantes sont les travaux du DSDP (campagnes 39, 73, 74 et 75) dont lobjectif tait la dtermination de la nature et lorigine de la chane volcanique, mais qui nont pas pu tablir de faon indiscutable le mcanisme de formation (Humphris et Thompson, 1982b), ainsi que les travaux de OConnor et Duncan (1990) concentrs sur les datations 40 Ar 39 Ar. Humphris et Thompson (1982b), OConnor et Duncan (1990) et OConnor (1992) dcrivent un changement dans le rapport Zr/N b des basaltes le long de la chane de Walvis, allant de 10 dans la partie la plus orientale 4 pour Tristan da Cunha. De plus, les basaltes de Walvis peuvent tre diviss en deux groupes sur les valeurs de T iO2 . Le groupe I (dragues 7, 8, 10 et 12 et V29-11) est caractris par T iO2 > 3.9 wt.%, une forte concentration de F eO et des concentrations faibles


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Figure 2.3.2: Carte de bathymtrie avec les principales structures prsentes dans la rgion de la chane Walvis, Plateau Abutmen (P. Ab.), Plateau de So Paulo (P. SP) et les zones de fractures.


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en CaO, N a2 O et Al2 O3 . Le groupe II (dragues 3, 5, 6,14, 19 et 21) est caractris par T iO2 < 2,76 wt.%, une faible concentration de F eO et de fortes concentrations en CaO, N aO et AlO (Figure 2.3.3). Fodor et al. (1977), se basant sur les chantillons du DSDP, suggrent quau moins une partie de la chane volcanique de Walvis est compatible avec une origine lie un point chaud actuellement situ sous lle de Tristan da Cunha. OConnor et Duncan (1990); OConnor (1992) suggrent que la chane Walvis et llvation du Rio Grande se sont formes de manire synchrone avec une progression dge entre laxe de la dorsale de lAtlantique Sud et la position du point chaud de Tristan da Cunha suite au dplacement des plaques lithosphriques et consquente ouverture de locan Atlantique Sud. La dorsale serait reste a laplomb du point chaud jusqu 70 M a lorsquelle a migr vers louest, ce qui a provoqu linterruption du volcanisme sur la plaque amricaine terminant la construction de llvation du Rio Grande. Ensuite le volcanisme prsent sur la plaque africaine se caractrise par une mise en place intraplaque avec lloignement progressif de la dorsale.

2.4

Les les volcaniques du systme

Le groupe des les de Tristan da Cunha est compos des les Tristan da Cunha, Inaccessible, et des les de Nightingale (Nitghingale, Middle et Stoltenho). Ces sont des les dorigine volcanique, considres comme les dernires constructions du point chaud de Tristan da Cunha. Lle de Tristan da Cunha est la plus grande et la plus jeune des les du groupe, avec un volcan encore actif (dernier pisode ruptif en 1961) plac au milieu de ses 98 km2 . Malgr sa position NE par rapport aux autres les du groupe, elle est couramment considre comme la position actuelle du point chaud de Tristan da Cunha. Lle dInaccessible est un plateau de 14 km2 qui slve 450 m au-dessus de la mer. Cette le est une portion tmoin dun volcan de 1 M a (Cli et al., 1991). Les roches qui composent les les de Nightingale ont un ge compris entre 18 M a et 0.15 M a. Ainsi que lle dInaccessible, elles sont tmoin de lexistence dun volcan beaucoup plus imposant. Les laves de lle de Tristan da Cunha appartiennent une srie alcaline continue constitue de basanites ankaramitiques, de phonotphrites, de tphri-phonolites


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Figure 2.3.3: Carte de bathymtrie avec la distribution des ges des chantillons le long de la chane Walvis. Lidentication des sites est montre entre parenthses. Daprs OConnor (1992). et de phonolites. Les basanites modrment potassiques sont 80% les roches dominantes de cette le. Les roches de lle Inaccessible appartiennent une srie basaltique moins alcaline que celle de Tristan da Cunha, ce sont des trachy-basaltes et des trachy-phonolites (Corre, 2002). Lle volcanique de Gough est forme par des basaltes alcalins. Situe 350 km au sud-est de Tristan da Cunha, elle merge plus de 900 m au-dessus du niveau de la mer et a une supercie denviron 65 km2 (Le Maitre, 1969).

Deuxime partie Mthodologie

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Chapitre 3 BathymtrieLes donnes de bathymtrie disponibles pour la rgion dtude sont essentiellement de deux types dirents : les donnes de campagnes de sondages bathymtriques et les donnes drives de laltimtrie satellitale. La base de donnes bathymtriques actuellement la plus complte est hberge par le National Geophysical Data Center (NGDC), et plus spciquement par le Geophysical Data System (GEODAS) 1 . Cette compilation runit les donnes de bathymtrie collectes depuis les annes 50 jusqu nos jours. Cependant, cette richesse de donnes se traduit par une grande htrognit en termes de qualit. Les direntes mthodes employes par les quipes, et surtout lvolution technologique, font quau sein de la base de donnes sont disponibles des donnes monofaisceau en navigation astronomique et des donnes multifaisceaux en DGPS. De plus, la distribution des campagnes en mer, qui historiquement nont pas t planies pour cartographier lensemble du plancher ocanique, associe la faible couverture latrale des sondeurs face ltendue des ocans, font que la distribution des donnes de sondeurs disponibles nest pas rgulires dans la rgion dtude. Les donnes de bathymtrie drives de laltimtrie satellite disponibles sont celles de Sandwell et Smith (1997), actuellement dans la version 11.1 (septembre 2008) 2 . Ces donnes orent une couverture optimale de tout le plancher ocanique avec une rsolution de 1 min. Dans leurs travaux, ces auteurs ont utilis les donnes de sondeurs disponibles au NGDC pour les longueurs dondes suprieures 160 km.1. http ://www.ngdc.noaa.gov/mgg/geodas/geodas.html 2. Disponibles pour tlchargement sur ftp ://topex.ucsd.edu/pub/global_topo_1min/

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CHAPITRE 3. BATHYMTRIE

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Cependant, pour les donnes en-dessous de cette longueur donde, les rsultats sont exclusivement dpendants de linversion des donnes daltimtrie satellite (Sandwell et Smith, 1997) : par consquent les donnes bathymtriques obtenues sont fonction des modles utiliss. Cest pourquoi, pour ne pas prendre de risque de redondance des donnes, on a dcid dutiliser pour les calculs des anomalies gravimtriques un MNT de bathymtrie labor a partir des donnes disponibles au NGDC. Pour cela un traitement des donnes a t ralis, avec laide du programme Generic Mapping Tools - GMT Wessel et Smith (1995) sous Linux. Les principales tapes du traitement eectu sont brivement discutes ci-dessous. Les donnes disponibles au NGDC pour lAtlantique Sud rassemblent 604 campagnes distribues de manire irrgulire. La premire tape a consist eectuer un bilan initial des donnes. Pour cela, une carte du positionnement des direntes campagnes a t ralise (Figure 3.0.1), ainsi quune premire carte bathymtrique utilisant lensemble des donnes. La carte de positionnement rvle une notable irrgularit dans la distribution des campagnes, avec une forte concentration de donnes au large des grands ports et des vides au centre sud de la rgion dtude. De son cot, la carte bathymtrique montre une srie dartefacts dus notamment la distribution irrgulire des donnes et leur qualit htrogne (Figure 3.0.2). La premire tape du traitement des donnes a t de rduire le plus possible le problme dhtrognit des donnes, qui peut tre quantie par les erreurs aux points de croisements internes 3 (EPCi) et externes 4 (EPCe). Pour chacune des campagnes les points de croisements internes ont t calculs et un chier de rapport a t labor, ainsi que des cartes avec les positions et les statistiques des valeurs 5 des EPCi . Les EPCi de chacune de campagnes ont t classes en quatre groupes : Vert Jaune EPCi 2% 2% < EPCi 10%

3. Le point est mesur plus dune fois au sein dune campagne. Ces points sont utiles pour sassurer de la rgularit des mesures et ventuellement identier des segments problmatiques dans la campagne. 4. Le point est mesur plus dune fois lors de campagnes distinctes. Ces points tmoignent de la qualit des mesures de la campagne. 5. On a travaill avec les EPCi relatives la profondeurs des points.

CHAPITRE 3. BATHYMTRIE 80

Figure 3.0.1: Carte A0 de localisation des points de donnes des 604 campagnes disponibles dans la base de donnes du NGDC. A noter, lirrgularit de distribution des campagnes, la concentration des donnes au large des grands ports et quelques vides au centre sud de locan.


Figure 3.0.2: Carte A0 de bathymtrie avec lintgralit de donnes de chacune des 604 campagnes disponibles pour lAtlantique Sud. Sont visibles des artfacts dus notamment la distribution irrgulire des donnes, mais aussi leur htrognit

CHAPITRE 3. BATHYMTRIE Rouge Noire 10% < EPCi 20% 20% < EPCi

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En utilisant les EPCi comme indicateurs de qualit (Figure 3.0.3), les donnes de chacune des campagnes ont t elles aussi classes et spares en quatre chiers dirents. Avec lanalyse conjointe du chier de rapport et des cartes on a pu choisir un premier groupe de 137 campagnes selon les critres suivants : campagnes multifaisceaux, et campagnes monofaisceaux avec au moins 5 croisements internes et une mdiane des EPCi infrieure 2% 6 . Dans tous les cas, on a veill nutiliser que des campagnes avec un cart-type des EPCi infrieur 5%. Les donnes du groupe vert (EPCi 2%) des ces 137 campagnes forment une grille de rfrence bien distribue pour toute la rgion dtude (Figure 3.0.4). Une fois cette grille de rfrence tablie, elle a t utilise pour le calcul des EPCe de chacune des campagnes individuellement. On a suivi pour les EPCe la mme logique que pour les EPCi : les donnes ont t classes et spare selon des limites derreurs tablies. Pour les EPCe les limites utilises gurent ci-dessous. Vert Jaune Rouge Noire EPCe 5% 5% < EPCe 10% 10% < EPCe 20% 20% < EPCe

Dans ce travail, on a choisi de nutiliser que les donnes du groupe des plus faibles valeurs des EPCe pour la prochaine tape du traitement des donnes 7 La comparaison entre les histogrammes de distribution des EPCe avant et aprs le traitement des donnes nous montre que lon a russi a augmenter considrablement (18%) la fraction des EPCe 1% et obtenir 90% des donnes avec un EPCe 3% (Figure 3.0.5). LEPCe totale passe de 42.9% (RMS) avant le traitement des donnes 13.9% aprs le traitement. Ltape de traitement des donnes termine, on est pass au problme de la distribution parfois trs disperse des campagnes. Pour arriver un MNT il faut6. Lanalyse de lhistogramme des EPCi nous montre quune moyenne infrieure 2% permet de garder plus de 76% des donnes, toute en liminant les plus grandes erreurs. 7. Lanalyse de lhistogramme des EPCe nous montre quune limite infrieure 5% permet de garder plus de 85% des donnes.


Figure 3.0.3: Carte A0 de la campagne RC1102. Linsert montre les EPCi, qui sont utiliss comme indicateurs de qualit des donnes.


Figure 3.0.4: Carte A0 de positionnement des donnes provenant des 137 campagnes slectionnes. Les donnes forment une grille relativement bien distribue sur toute la rgion dtude, bien quon ait seulement gard les donnes du groupe vert (EPCi 2%). Liste de campagnes slectionnes dans le tableau droite.


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Figure 3.0.5: Comparatif des histogrammes des EPCe avant (haut) et aprs (bas) le traitement des donnes. On a russi augmenter considrablement (18%) la fraction des EPCe 1% et obtenir 90% des donnes avec une EPCe 3%.


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disposer dune distribution rgulire des donnes, et pour cela on interpole normalement les donnes de faon remplir les espaces. Le problme est que, tant donne la distribution des campagnes, soit on utilise des cellules trs grandes compatibles avec cette distribution, ce qui produit un MNT de faible rsolution, soit on choisit une plus grande rsolution, mais cela cause les artfacts vus prcdemment (Figure 3.0.2). Pour contourner ce problme on a adopt lalternative ci-dessous. Etant donn que la plupart de ces artfacts sont dus aux interpolations multiples qui sont ralises sur des nuds trop loigns des donnes relles, les donnes ont t interpoles avec une rsolution de 5 min, mais on a restreint les interpolations en ne gardant que les donnes dans une bande de cinq cellules de large de chaque cot du trac des campagnes (Figure 3.0.6). Ainsi on a obtenu un MNT bas sur les donnes des campagnes, qui couvre la plupart des structures auxquelles on sintresse ici. En comparant ce dernier aux donnes daltimtrie satellite, on remarque des dirences non ngligeables sur les monts et chanes sous-marines (Figure 3.0.8). En eet, il est montr dans les travaux de Sandwell et Smith (1997) que dans les cas particuliers de structures isoles dans les bassins ocaniques, les donnes drives daltimtrie satellite peuvent ne restituer que 70% de la valeur relle de la bathymtrie. Cependant, un MNT continu est ncessaire pour les calculs des anomalies gravimtriques. Ainsi, le manque de donnes de bathymtrie a t combl avec les donnes drives daltimtrie satellite (Figure 3.0.7). Pour cela, dans les rgions sans bathymtrie, les donnes daltimtrie satellite ont t ltres avec un ltre passe-bas de 50 km et ajoutes la base des donnes des campagnes avant linterpolation pour lobtention du MNT. Ceci permet de conserver les donnes de campagnes inaltres, de combler les manques de donnes et de ne pas avoir de problme de transition entre les deux donnes (Figure 3.0.9). De cette faon le MNT nal obtenu est compos des donnes traites des campagnes compltes avec les donnes drives daltimtrie satellite, tout en liminant la plupart des artfacts prsents dans le MNT qui a t exclusivement fait avec les donnes des campagnes de sondage bathymtriques (Figure 3.0.10). Pour une apprciation plus nette des direntes structures on a voulu enlever du MNT de bathymtrie leet de grande longueur donde d la rponse isostatique de la variation latrale de densit de la plaque lithosphrique avec lge. Pour cela


Figure 3.0.6: Carte A0 des donnes des campagnes de sondage bathymtrique. On a restreint les interpolations en ne gardant que les donnes dans une bande de cinq cellules de large de chaque cot du trac des campagnes.


Figure 3.0.7: Carte A0 des donnes daltimtrie satellite (Sandwell et Smith, 1997). Ces donnes ont t utilises pour combler le manque de donnes dans le MNT construit exclusivement avec les donnes de campagnes (Figure 3.0.6).


Figure 3.0.8: Carte A0 de la dirence entre le MNT des donnes des campagnes de sondage bathymtrique et celui driv daltimtrie satellite. On remarque des dirences non ngligeables sur les monts et chanes sous-marines.


Figure 3.0.9: Carte A0 de la dirence entre le MNT obtenu exclusivement avec les donnes de campagne et celui combl avec les donnes daltimtrie satellite. Les donnes des campagnes ont t conserves inaltres.


Figure 3.0.10: Carte A0 du MNT nal obtenu aprs le traitement des donnes, compose des donnes traites des campagnes de sondage bathymtrique et des donnes drives daltimtrie satellite.


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on a utilis la relation 8 qui a t propose spciquement pour lAtlantique Sud (Crosby et al., 2006) et les donnes du MNT dge du plancher ocanique driv des isochrones (Muller et al., 1997) (Figure 3.0.11). Dans la carte de bathymtrie rsiduelle, les limites des structures sont beaucoup plus videntes, en particulier les portions plus jeunes des chanes volcaniques qui auparavant taient masques par les ancs de la dorsale.

8. Selon la formule : o ; d 2444 347 t la profondeur calcul

d = 2444 347 t

profondeur moyenne de la dorsale constante relationelle ge du plancher ocanique


Figure 3.0.11: Carte des ges du plancher ocanique base sur la distribution des isochrones. (Muller et al., 2008)


Figure 3.0.12: Carte A0 de la bathymtrie rsiduelle.

Chapitre 4 GravimtrieLes donnes de gravimtrie disponibles dans la base de donnes du NGDC, comme les donnes de bathymtrie, ne sont pas susantes elles seules pour llaboration dun MNT de bonne rsolution pour toute la rgion dtude . En revanche, les donnes drives de laltimtrie satellite sont une excellente source de donnes de gravimtrie pour les ocans. Les donnes danomalies lair libre de Sandwell et Smith (1997, 2009), actuellement la version 18.1 (dcembre 2008) 1 , et bases sur les donnes des satellites Geosat, ERS-1/2 et Topex, sont disponibles une rsolution de 1 min. La prcision de ces donnes danomalies gravimtriques sont fonction de la prcision avec laquelle la pente de la surface de locan peut tre mesure par laltimtrie satellite. Laltimtrie satellite a une prcision typique dune gamme de 30-40 mm, correspondant une prcision du champ de gravit de 4-6 mGal (Sandwell et Smith, 2009). Ces donnes danomalies lair-libre, en plus dune excellente couverture de la rgion dtude, orent une prcision et une rsolution susantes pour lchelle de ce travail (Figure 4.0.1). Sur la carte danomalies lair libre de la rgion dtude, la corrlation avec la bathymtrie est, comme on peut sy attendre, remarquable. Les principales structures du plancher ocanique sont identiables, le trac des zones des fractures est particulirement net, de fortes anomalies ngatives sont prsentes sur les principaux dpocentres sdimentaires et autour des dices volcaniques mis en place hors de laxe de la dorsale. Les anomalies lair libre sont domines par les eets de linterface eau-crote et1. Disponibles pour tlchargement sur ftp ://topex.ucsd.edu/pub/global_grav_1min/grav.img.18.1

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CHAPITRE 4. GRAVIMTRIE 96

Figure 4.0.1: Carte des anomalies lair libre. Les principales structures du plancher ocanique sont identiables, le trac des zones de fractures est particulirement net, de fortes anomalies ngatives sont prsentes sur les dpocentres et autour des dices volcaniques mis en place hors axe.

CHAPITRE 4. GRAVIMTRIE

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eau-sdiment, o les contraste de densit sont forts. Il sagit galement de linterface la plus proche du niveau de mesure (niveau de la mer). An dexploiter les donnes de gravimtrie pour mieux voir les anomalies dorigine plus profonde lies aux variations de lpaisseur de la crote et/ou des variations de densit dans le manteau, on a cherch a supprimer les eets dus la bathymtrie et une crote dpaisseur et de densit constants en procdant au calcul de lanomalie de Bouguer rduite au manteau (MBA). Ce calcul a t eectu selon la mthode de Parker (1973) lordre 6 en trois tapes. Dabord, on a retranch du MNT lair libre (Figure 4.0.1) leet gravimtrique d linterface eau-sdiments. Pour cela on a utilis le MNT de bathymtrie obtenu pralablement (Figure 3.0.10) avec un contraste de densit de 1370 kg/m3 (2400 - 1030) (Schubert et al., 2001; Turcotte et Schubert, 2002). Ensuite, pour linterface sdiment-crote, on a ajout le MNT dpaisseur sdimentaire mondial de Divins (2003) 2 au MNT de bathymtrie pour tablir un MNT de la profondeur du socle basaltique (Figure 4.0.2). Pour cette interface on a utilis un contraste de densit de 400 kg/m3 (2800 - 2400) (Schubert et al., 2001; Turcotte et Schubert, 2002) et ainsi on a obtenu comme rsultat le MNT danomalie de Bouguer (Figure 4.0.3). Finalement, on a retir du MNT danomalie de Bouguer leet d linterface crote-manteau en utilisant une crote dpaisseur constante de 6 km et un contraste de densit de 500 kg/m3 (3300 - 2800) (Schubert et al., 2001; Turcotte et Schubert, 2002). Les calculs furent ralis laide du programme Generic Mapping Tools - GMT Wessel et Smith (1995). Les anomalies gravimtriques de la carte de MBA (Figure 4.0.4) nous informent sur les anomalies de densit et dpaisseur de la crote par rapport au modle qui a t utilis dans le calcul, ainsi que sur les anomalies de densit et temprature du manteau. Une correction peut rendre linterprtation de ces dernires moins complexe. En eet, comme pour la bathymtrie, la variation latrale de densit de la plaque lithosphrique avec lge est responsable dune composante de grande longueur donde dans lanomalie gravimtrique. Pour retirer cette composante on a dabord calcul la profondeur de linterface lithosphre-asthnosphre en utilisant le MNT des ges du plancher ocanique Muller et al. (1997) (Figure 3.0.11) ce qui a permis dtablir un modle de lpaisseur de la plaque Turcotte et Schubert (2002).2. Disponible au tlchargement sur http ://www.ngdc.noaa.gov/mgg/sedthick/sedthick.html


Figure 4.0.2: Carte de profondeur de la crote.


Figure 4.0.3: Carte des anomalies de Bouguer


Figure 4.0.4: Carte des anomalies de Bouguer rduites au manteau (MBA)


Figure 4.0.5: Carte de lanomalie rsiduelle de Bouguer rduite au manteau (RMBA).

CHAPITRE 4. GRAVIMTRIE

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Ensuite, on a calcul leet gravimtrique de ce MNT de profondeur de linterface lithosphre-asthnosphre avec un contraste de -60 kg/m3 (3300 - 3360) (Rommevaux et al., 1994). Finalement, ce dernier eet calcul a t retranch du MNT de MBA pour aboutir au MNT danomalie rsiduelle de Bouguer rduite au manteau (RMBA). Dans la carte de RMBA, les fortes anomalies ngatives associes aux structures bathymtriques sont bien nettes, et des anomalies proches de la dorsale peuvent maintenant tre mieux identies (Figure 4.0.5).

Chapitre 5 Reconstructions CinmatiquesAn de reconstituer lvolution dans le temps des systmes volcaniques de lAtlantique Sud et de leurs interactions avec la dorsale, nous avons eectu des reconstructions cinmatiques, tenant compte des mouvements absolus et relatifs des plaques africaine et sud-amricaine. Depuis longtemps, malgr le dbat voqu (cf. sous-section 1.1.1), les traces des points chauds sont utilises comme rfrentiel pour le calcul des mouvements absolus des plaques lithosphriques (Morgan, 1972; Clague et Jarrard, 1973; Duncan, 1981; Morgan, 1983). Dans ce travail, les ples dcrivant le mouvement absolu de la plaque Afrique par rapport au systme de rfrence des points chauds, issus des travaux de Duncan et Richards (1991) et Muller et al. (1993), ont t utiliss. Duncan et Richards (1991) ont calcul le mouvement absolu de la plaque africaine en utilisant la trace des points chauds prsents dans les plaques sud-amricaine et africaine, en particulier llvation du Rio Grande et la chaine Walvis (Figure 5.0.1 et Tableau 5.1). En revanche, Muller et al. (1993) ont calcul le mouvement absolu de la plaque africaine en utilisant la trace des points chauds et les larges panchements volcaniques prsents dans les plaques nord et sud-amricaine, africaine, indienne et australienne (Figure 5.0.2 et Tableau 5.2). Pour le mouvement relatif entre les plaques sud-amricaine et africaine, Duncan et Richards (1991) et Muller et al. (1993) ont utilis les ples calculs par Cande et al. (1988) en utilisant les anomalies magntiques des prols disponibles dans lAtlantique Sud (Tableau 5.3). Avec lvolution de la gravimtrie satellitaire, il 103

CHAPITRE 5. RECONSTRUCTIONS CINMATIQUES 104

Figure 5.0.1: Carte des points chauds prsents dans les plaques sud-amricaine et africaine, utiliss par Duncan et Richards (1991) pour le calcul des ple de rotation. Extrait de Duncan et Richards (1991).

CHAPITRE 5. RECONSTRUCTIONS CINMATIQUES

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Table 5.1: Tableau des ples de rotation relatifs au mouvement absolu de la plaque Afrique selon Duncan et Richards (1991). Extrait de Duncan et Richards (1991).

Table 5.2: Tableau des ples de rotation relatifs au mouvement absolu de la plaque Afrique selon Muller et al. (1993). Extrait de Muller et al. (1993).


Figure 5.0.2: Carte des points chauds et larges panchements volcaniques prsents dans les plaques nord et sudamricaine, africaine, indienne et australienne, utiliss par Muller et al. (1993) pour le calcul des ples de rotation. Extrait de Muller et al. (1993).


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fut possible dobtenir une meilleure description des structures tectoniques du fond ocanique (Sandwell et al., 2001), ce qui a permis linterpolation des valeurs dges du plancher ocanique et llaboration par Muller et al. (1993, 2008) (Figure 3.0.11, Chapitre 3) dune carte mondiale des isochrones en format numrique. De plus, une autre volution fut la nouvelle chelle temporelle des inversions de polarits plus rcentes du champ magntique, publie par Cande et Kent (1995) qui apporte des corrections celle de Kent et Gradstein (1986) utilise par Cande et al. (1988). Ainsi, nous avons choisi dutiliser la carte digitale des isochrones de Muller et al. (2008) pour extraire les isochrones tous les 5 millions dannes dans la priode entre 115 et 0 M a, et faire le calcul des ples de rotations du mouvement relatif entre les plaques africaine et sud-amricaine. Ce calcul des ples correspondant au mouvement relatif entre les plaques africaine et sud-amricaine fut ralis avec laide du logiciel Mirone (Luis, 2007) 1 . Les ples obtenus sont dans le dans le Tableau 5.4. Le choix de recalculer les ples de rotation du mouvement relatif entre les plaques sud-amricaine et africaine a port fruit. Une comparaison entre les rsultats obtenus dans ce travail et celui de Cande et al. (1988) montre une considrable rduction du mist (Tableau 5.5). Pour faire ce calcul, les ges des chrones utiliss par Cande et al. (1988) furent tablis selon lchelle temporelle des inversions de polarits du champ magntique de Cande et Kent (1995). Par la suite nous avons extrait de la carte numrique de Muller et al. (2008) les isochrones dont les ges sont les plus proches des isochrones utilises dans ce travail. Puis nous avons procd au calcul des rotations selon les paramtres du Tableau 5.3. Le mist fut calcul selon la mthodologie dcrite en Luis et Miranda (2008), dans laquelle le mist est la somme de la distance orthogonale de chacun des points dune isochrone au segment le plus proche de lisochrone conjugue. Par exemple pour lisochrone de 30 M a le mist calcul est 1.69 (Figures 5.0.3 et 5.0.4). Les sommets des polylignes A et B sont ai et bj , o i = 1 : N et j = 1 : M avec N et M les valeurs de sommets de chacune des polylignes. Ainsi le mist est donn par la formule ci-desous :1. Disponible au tlchargement sur http ://w3.ualg.pt/~jluis/mirone/


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Table 5.3: Ples de rotations du mouvement relatif de la plaque sud-amricaine par rapport la plaque Afrique selon Cande et al. (1988).


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Table 5.4: Ples de rotations du mouvement relatif de la plaque sud-amricaine par rapport la plaque Afrique calculs dans ce travail.


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Table 5.5: Comparaison entre le mist des rotations du mouvement relatif de la plaque sud-amricaine par rapport la plaque Afrique entre ce travail et Cande et al. (1988).

N

M

=i

di +j

dj

O : di dj est la valeur du mist ; est la distance orthogonale entre le sommets de A et le plus proche segment de B ; est la distance orthogonale entre le sommets de B et le plus proche segment de A

Ensuite, nous avons fait une composition du mouvement absolu de la plaque Afrique avec les mouvements relatifs entre celle-ci et la plaque sud-amricaine pour calculer le mouvement absolu de la plaque sud-amricaine. Les mouvements absolus calculs pour chacune des plaques chaque priode furent appliqus aux grilles de bathymtrie rsiduelle et de RMBA. Par exemple, pour lisochrone de 30 M a, des rotations de 12.06 avec un ple 37.54S et 57.60W pour la plaque sud-amricaine (Figures 5.0.5 et 5.0.6), et de -6.57 avec un ple 45S et 42.99W pour la plaque africaine (5.0.7 et 5.0.8) furent appliques. Finalement, le rsultat de la reconstruction cinmatique est obtenu avec la superposition


Figure 5.0.3: Donnes de RMBA avec les isochrones de 30 M a sur les plaques africaine et sud-amricaine (blanc).


Figure 5.0.4: Donnes de RMBA avec les isochrones de 30 M a sur les plaques africaine et sud-amricaine (blanc) et le rsultat de la rotation applique sur lisochrone de 30 M a de la plaque sud-amricaine (noire) .


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du MNT des deux plaques. Les rsultats des reconstructions cinmatiques pour direntes isochrones sont montrs dans le Figures des Chapitres 7 et 8. Avec une squence doprations semblable celle dcrite ci-dessus, les donnes de bathymtrie rsiduelle et RMBA furent systmatiquement masques an dobtenir des tranches de donnes de 5 Ma, par exemple entre 30 M a et 35 M a (Figures 5.0.9 et 5.0.11), pour toute la priode entre les isochrones de 115 0 M a. Sur ces tranches de donnes furent galement appliques les rotations correspondantes aux ges (Figures 5.0.10 et 5.0.12). Une fois cela appliqu toute les tranches des donnes, les rsultats sont superposs sur une seule carte qui permet de visualiser lvolution des anomalies aux la latitude auxquelles elles furent mise en place au cours de toute la priode tudie (Figure 9.0.3du Chapitre 9). La rsolution des reconstructions est le produit de lintervalle entre les reconstructions et du taux douverture de la dorsale. Lhistogramme des valeurs de la grille des taux douverture de lAtlantique Sud (Muller et al., 2008) montre que lon peut simplier le problme en utilisant la valeur modale du taux douverture de 25 km/M a et par consquent obtenir une rsolution de 125 km (Figure 5.0.13). Nanmoins, la question est plus complexe, tant donn que la rsolution est variable dans le temps et dans lespace selon les variations du taux douverture et de son asymtrie selon les dirents segments de la dorsale de lAtlantique Sud. Dans un mme segment de dorsale, les rsolutions varient de 275 km pour la priode entre 66 et 84 M a dans la plaque sud-amricaine, 75 km pour la priode entre 56 et 66 M a dans la plaque africaine (Figure 5.0.14).


Figure 5.0.5: Donnes de RMBA sur la plaque sud-amricaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a. 114


Figure 5.0.6: Donnes de RMBA sur la plaque sud-amricaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a, aprs la rotation .


Figure 5.0.7: Donnes de RMBA sur la plaque africaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a.

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Figure 5.0.8: Donnes de RMBA sur la plaque africaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a, aprs la rotation .


Figure 5.0.9: Donnes de RMBA sur la plaque sud-amricaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a et suprieurs 35 M a.


Figure 5.0.10: Donnes de RMBA sur la plaque sud-amricaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a et suprieurs 35 M a, aprs la rotation.


Figure 5.0.11: Donnes de RMBA sur la plaque africaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a et suprieurs 35 M a.


Figure 5.0.12: Donnes de RMBA sur la plaque africaine, masques pour les ges infrieurs 30 M a et suprieurs 35 M a, aprs la rotation.


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Figure 5.0.13: Histogramme de distribution des valeurs du taux douverture de locan Atlantique Sud. La valeur modale de 25 km/M a gnre une rsolution de 125 km pour les reconstructions cinmatiques. Donnes de Muller et al. (2008).


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Figure 5.0.14: Variations dans le temps et dans lespace du taux douverture de locan Atlantique Sud. Taux douverture en haut et distribution des ges au milieu. Le graphique du bas montre les variations du taux douverture et son asymtrie le long de la ligne pointille qui traverse les plaques sud amricaine et africaine. Donns de Muller et al. (2008).

Chapitre 6 GoideLes anomalies du gode montrent les variations du potentiel gravitationnel de la Terre, et permettent ltude des htrognits de masse de lintrieur de la plante. En labsence de modle tomographique, les anomalies du gode peuvent tre utilis comme un indicateur des variations en profondeur de la temprature et/ou de la composition. Dans ce travail nous avons utilis les donnes de gode drives de laltimtrie des satellites GEOSAT, ERS et TOPEX par Sandwell et Smith (1997) (version 9.2) 1 (Figure6.0.1) et le modle gravitationnel de la Terre (Earth Gravitational Model - EGM2008) publi par lAgence Nationale dIntelligence Gospatiale NordAmricaine (U.S. National Geospatial-Intelligence Agency - NGA) 2 (Figure 6.0.2). Le modle EGM2008, qui est complet jusquaux harmoniques sphriques de degr 2159, fut utilis pour retrancher des donnes du gode les grandes longueurs donde et obtenir les anomalies rsiduelles. Ce sont des donnes globales orant ainsi une couverture homogne de toute la rgion. Nous avons choisi de travailler en regardant les donnes deux chelles direntes. Une chelle locale, couvrant une zone entre les longitudes 20W et 4W et les latitudes 44S et 36S, qui permet dobserver les donnes lchelle de la rgion aux alentours de lle de Tristan da Cunha ; et une chelle rgionale, couvrant une zone entre les longitudes 60W et 40E et les latitudes 60S et 10S, qui permet dtudier les anomalies du gode lchelle de1. Disponibles au tlchargement sur ftp ://topex.ucsd.edu/ pub/ global_geoid_2min 2. Disponible au tlchargement sur http ://earth-info.nga.mil/ GandG/ wgs84/ gravitymod/ egm2008/ egm08_wgs84.html

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CHAPITRE 6. GOIDE

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lAtlantique Sud. Les calculs furent raliss laide du programme GMT Wessel et Smith (1995). An dtudier le comportement des anomalies du gode dans direntes bandes de longueur donde, nous avons applique une mthodologie consistant retrancher du gode observ des modles thoriques du champ dvelopps en harmoniques sphriques dirents degrs et ordres. Nous avons choisi les dgrs 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130 (Figures 6.0.3 et 6.0.4) et les modle furent obtenus du site de lAgence Nationale dIntelligence Gospatiale nord-amricaine. Ces modles furent donc utiliss comme ltre passe-haut des donnes de gode. Ainsi, le modle EGM2008 dvelopp, par exemple, jusquau degr 20 (egm2008_0_20, Figures 6.0.3 et 6.0.4) lorsque retranch des donnes de gode (AS_geoid, Figures 6.0.9 et 6.0.10) fait oce dun ltre passe-haut de degr 20, correspondant une longueur donde de 1000 km (AS_geoid_high_20, Figures 6.0.5 et 6.0.6). Les rsultats des dirents ltrages passe-hauts sont illustrs dans les Figures 6.0.5 et 6.0.6. Ensuite, les anomalies rsiduelles des ltres passe-hauts furent retranches du gode observ pour obtenir des ltrages passe-bas. Par exemple, le rsultat du ltre passe-haut dharmonique sphrique de degr 20 (AS_geoid_high_20, Figures 6.0.5 et 6.0.6) retranch des donnes de gode (AS_geoid, Figures 6.0.9 et 6.0.10) produit leet dun ltre passe-bas (AS_geoid_low_20, Figures 6.0.7 et 6.0.8). Les rsultats des donnes de godes aprs les dirents passe-bas sont illustrs dans les Figures 6.0.7 et 6.0.8. Finalement, les anomalies rsiduelles des ltres passe-hauts furent retranches les unes des autres pour obtenir des anomalies rsiduelles dans une bande passante donne. Par exemple, les anomalies rsiduelles issues du passe-haut de degr 40 retranche de celles issues du degr 20 produit une anomalie rsiduelle passe-bande entre les degrs 20 et 40 (AS_geoid_band_20_40, Figures 6.0.9 et 6.0.10). Les rsultats aprs le calcul des dirents ltrages passe-bandes sont montrs dans les Figures 6.0.9 et 6.0.10.

CHAPITRE 6. GOIDE 126

Figure 6.0.1: Carte des donnes de gode drives de laltimtrie des satellites GEOSAT, ERS et TOPEX par Sandwell et Smith (1997).


Figure 6.0.2: Modle gravitationnel de la Terre EGM2008 publi par lAgence Nationale dIntelligence Gospatiale Nord-Amricaine.


Figure 6.0.3: Cartes du modle EGM2008 pour la rgion entre les longitudes 60W et 40E et les latitudes 60S et 10S avec un dveloppement en harmonique sphrique interrompu aux dirents degrs 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.4: Cartes du modle EGM2008 pour la rgion entre les longitudes 20W et 4W et les latitudes 44S et 36S avec un dveloppement en harmonique sphrique interrompu aux dirents degrs 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.5: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 60W et 40E et les latitudes 60S et 10S, aprs application de ltres passe-hauts en harmonique sphrique de dirents degrs, 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.6: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 20W et 4W et les latitudes 44S et 36S, aprs application de ltres passe-hauts en harmonique sphrique de dirents degrs, 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.7: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 60W et 40E et les latitudes 60S et 10S, aprs application de ltres passe-bas en harmonique sphrique de dirents degrs, 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.8: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 20W et 4W et les latitudes 44S et 36S, aprs application de ltres passe-bas en harmonique sphrique de dirents degrs, 2, 4, 5, 8, 10, 13, 20, 40, 130.


Figure 6.0.9: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 60W et 40E et les latitudes 60S et 10S, originales et aprs application de ltres passe-bandes en harmonique sphrique de dirents degrs, 2-4, 4-5, 5-8, 8-10, 10-13, 13-20, 20-40, 40-130.


Figure 6.0.10: Cartes des donnes de goide pour la rgion entre les longitudes 20W et 4W et les latitudes 44S et 36S, originales et aprs application de ltres passe-bandes en harmonique sphrique de dirents degrs, 2-4, 4-5, 5-8, 8-10, 10-13, 13-20, 20-40, 40-130.

Troisime partie Rsultats et Conclusion

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Chapitre 7 Evolution temporelle de la gomtrie du Systme dinteraction du point chaud Tristan da Cunha et la dorsale de lAtlantique SudDans ce travail ont t utiliss les ples traant le mouvement absolu de la plaque Afrique par rapport au systme de rfrence des points chauds, issus des travaux de Duncan et Richards (1991) et Muller et al. (1993). Pour le mouvement relatif nous avons fait le choix de recalculer les ples de rotation entre les plaques sud-amricaine et africaine (c.f. 5). Comme premire hypothse on a suppos la position de lle volcanique de Tristan da Cunha comme la position actuelle du point chaud homonyme qui fut actif pendant louverture de locan Atlantique Sud, et qui est tenu dans la littrature comme tant responsable de la construction des panchements volcaniques de Etendeka et Paran, de la chaine Walvis et de llvation de Rio Grande (Morgan, 1971). Sur les cartes, la position du point chaud de Tristan da Cunha est marque par un cercle de 200 km de rayon, en accord avec les dimensions attribues dans la littrature la dimension dun conduit de panache (e.g. OConnor et le Roex, 1992) Les gures 7.0.1 7.0.12 prsentent les cartes rsultantes montrant la bathymtrie rsiduelle gauche et la RMBA droite. Les gures 7.0.1, 7.0.3, 7.0.5, 7.0.7,

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CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 138 7.0.9 et 7.0.11 montrent les rsultats obtenus avec les ples de Duncan et Richards (1991) et les gures 7.0.2, 7.0.4, 7.0.6, 7.0.8, 7.0.10 et 7.0.12 montrent les rsultats obtenus en utilisant les ples de Muller et al. (1993). Entre 115 100 M a (Figure 7.0.1 et Figure 7.0.2), nous sommes aux premiers stades de louverture de locan Atlantique Sud. Les calculs avec les ples de Duncan et Richards (1991) indiquent que la position centrale du point chaud est sous la plaque africaine, trs proche de la dorsale. Entre 115 et 100 M a la dorsale au nord et au sud du point chaud migre vers louest. Cependant, le segment la latitude du point chaud migre plutt vers lest. Son dplacement lamne sapprocher graduellement de la rgion centrale du point chaud, probablement par des sauts daxe et ou des propagations. Ceci peut suggrer une inuence du point chaud sur laxe de la dorsale avant mme que celle-ci soit laplomb du point chaud (Figure 7.0.1). Dans cette priode les structures observes sur les cartes de bathymtrie rsiduelle sont plutt dorigine sdimentaire plus rcente que lpoque de la reconstruction, caractristiques de lvolution dune marge passive. Toutefois, linuence des structures volcaniques lies au point chaud dans la conguration gographique est remarquable, comme le suggre la sectorisation des bassins sdimentaires marginaux. Sur les cartes de RMBA on observe plus clairement la construction des structures des deux cts de la dorsale. Deux structures orientes WSW-ENE furent mises en place dans la rgion du point chaud. A cette poque, la limite nord/sud entre ces structures on trouve la frontire nord de la zone de fracture du Rio Grande, structure majeure du bassin de lAtlantique Sud. Au nord de la plaque de lAmrique du Sud se forme une petite chane volcanique (Chane de So Paulo) qui va avoir une inuence marque sur la sdimentation et la formation du plateau homonyme. Limportance de la Chane de So Paulo dans la formation du plateau en tant que limite sud-est de celui-ci fut reconnue depuis Leyden et al. (1972). Selon Kumar et al. (1977), elle est forme par roches ignes de 110 105 M a. Cette chane forme un dnivel denviron 2000 m (ZEMBRUSKI, 1977). En mme temps, au sud, sur la plaque africaine, entre les frontires nord et sud de la zone de fracture du Rio Grande se construit la portion la plus orientale de la chane Walvis (plateau Abutment). La construction de ces structures dmontre un apport magmatique anomal li

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 139

Figure 7.0.1: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 115 et 100 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud. cette priode nous sommes aux premiers stages de louverture de locan Atlantique Sud. La position centrale du point chaud est sous la plaque africaine, trs proche de la dorsale. La dorsale au nord et au sud du point chaud migre vers louest. Cependant, le segment la latitude du point chaud migre plutt vers la direction est. Son dplacement lamne sapprocher graduellement de la rgion


Figure 7.0.2: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 115 et 100 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km). Les rsultats donnent la position du point chaud sous la plaque sud-amricaine. Toute la dorsale est en migration vers louest. Elle sapproche donc graduellement de la rgion du point chaud. Une fois dans la rgion du point chaud, le segment la latitude du point chaud migre plus lentement que les segments au nord et au sud.

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 141 la position de la dorsale laplomb du point chaud. Cependant, diremment dautres systmes dinteraction entre dorsale et point chaud avec la mme conguration dans le pass (par ex. Amsterdam S. Paul et Aores) ou actuelle (par ex. Islande et Reykjanes) (Schilling, 1973; Vogt, 1976; Johnson et al., 1996, 2000; Gente et al., 2003; Maia et al., 2011), lexcs de magmatisme apport par le point chaud nest pas susant pour empcher la rupture du plateau. Cela expose une prpondrance du tectonisme li aux contraintes des mouvements des plaques sur le magmatisme, ce qui peut tre d une phase de faible apport magmatique du point chaud. Dans ce cas, les dirences dge de la lithosphre ocanique de part et dautre des zones de fracture, forment probablement des barrires dynamiques qui compartimentent le toujours faible ux du point chaud dans les dirents segments de la dorsale (Schilling, 1985). Entre 105 et 100 M a, il est possible voir au sud de la position du point chaud la construction dune portion surleve de crote ocanique. Limite au nord par la frontire sud de la zone de fracture du Rio Grande, la plus grande partie de cette structure restera sur la plaque sud-amricaine et formera la portion occidentale de llvation du Rio Grande. Il semble que le mont sous-marin Ewing soit le seul vestige rest sur la plaque africaine. Des nouvelles donnes de bathymtrie multifaisceaux ont rvl une rgion de cnes volcaniques qui stale ouest de ce mont sous-marin dans la mme orientation WSW-ENE (SEAFO, 2008). La rpartition ingale du volcanisme indique peut-tre un saut daxe vers lest, si ces dices ont le mme ge, mais cela ne peut pas tre dmontr par les anomalies magntiques, car nous sommes au cur de la priode magntique calme du Crtac Muller et Roest (1992); Mueller et al. (1999). Cest durant cette priode que les dirences entre les rsultats obtenus avec les ples de Duncan et Richards (1991) et ceux de Muller et al. (1993) sont le plus signicatives. Nous allons maintenant discuter les seuls rsultats obtenus avec les ples de Muller et al. (1993). En rsum, lors de la priode entre 115 et 100 M a, les rsultats situent le point chaud sous la plaque sud-amricaine. Toute la dorsale migre vers louest. Elle sapproche donc progressivement de la rgion du point chaud. Une fois dans la rgion du point chaud, le segment la latitude du point chaud migre plus lentement que les segments au nord et au sud. Sur la carte de RMBA 115 M a, on observe la position initiale du point chaud

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 142 sous llvation du Rio Grande. Les structures subsquemment mises en place laxe de la dorsale, sont ici en-dehors ou la priphrie de la position du point chaud. Lexception est la portion occidentale de llvation du Rio Grande. Pour cette priode les rsultats avec les ples de Duncan et Richards (1991) semblent plus judicieux. La migration direntielle du segment de laxe de la dorsale dans la rgion du point chaud, ainsi que la construction dune portion surleve de crote ocanique laxe, sont cohrentes avec la capture de la dorsale par le point chaud. Toutefois, le changement rapide de la position dapport magmatique principal du point chaud entre 110 et 105 M a de la latitude du plateau dAbutment et de la chane de So Paulo vers une position plus au sud, correspondant portion occidentale de llvation du Rio Grande, suggre une volution plus complexe. Cela peut tre expliqu par le passage de la frontire sud de la zone de fracture du Rio Grande au-dessus de la position du point chaud. La transition vers une lithosphre plus paisse peut bloquer la sortie de magma en surface, entrainant un hiatus dans le magmatisme (Schilling, 1985). Cependant, le hiatus magmatique peut aussi indiquer un lien avec des uctuations de lapport magmatique inhrentes au point chaud (White et Lovell, 1997; Lin et van Keken, 2005; Lin et Keken, 2006a,b). Entre 95 80 M a (Figure 7.0.3 et Figure 7.0.4), les rsultats du mouvement relatif entre la dorsale et le point chaud obtenus avec les ples de Duncan et Richards (1991) et de Muller et al. (1993) sont semblables, malgr lcart de la position du point chaud entre les deux modles. La dorsale au nord et au sud du point chaud migre vers le nord-ouest. Toutefois, le segment situ au dessus de la position du point chaud semble tre presque g dans une orientation SSW-NNE, avec une migration vers le NNE. Autour de 100 Ma une priode de quiescence a probablement eu lieu, le hiatus dans la construction volcanique tant plus agrant sur la plaque sud-amricaine. Ensuite, centr sur le mme endroit de la construction de la portion occidentale de llvation du Rio Grande, SW du point chaud (pour Duncan et Richards, 1991) ou au centre du point chaud (pour Muller et al., 1993), commence vers 95 Ma la construction dun grand plateau ocanique. Sa construction continuera jusqu environ 80 Ma quand sa rupture semble commencer, apparemment lie une nouvelle priode de variation dans lapport magmatique li au point chaud. Diremment de ce qui fut observ aux Aores par Gente et al. (2003) o lloignement progressif entre la dorsale et le point chaud est le mcanisme responsable de la


Figure 7.0.3: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 95 et 80 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km). La dorsale au nord et au sud du point chaud migre vers le nord-ouest. Toutefois, pour le segment la position du point chaud, la dorsale semble tre presque ge une orientation SSW-NNE au centre de celuici, avec une migration vers le NNE. Centr sur le mme endroit de la prcdente construction de la portion occidentale de llvation du Rio Grande, au sud-ouest du


Figure 7.0.4: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 95 et 80 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km). La dorsale au nord et au sud du point chaud migre vers le nord-ouest. Toutefois, pour le segment la position du point chaud, la dorsale semble tre presque ge une orientation SSW-NNE au centre de celui-ci, avec une migration vers le NNE. Centr sur le mme endroit de la prcdente construction de la portion occidentale de llvation du Rio Grande, dans la position du point

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 145 diminution de lapport magmatique et consquente rupture du plateau ocanique, la dorsale reste ici la plomb du point chaud. Cette observation suggre que des variations dans le ux magmatique li au point chaud peuvent tre le mcanisme responsable de la diminution de lapport magmatique laxe de la dorsale. Nous pouvons remarquer qu partir de 90 M a dans une position encore plus au sud-ouest de la position du point chaud, une structure oriente SW-NE est visible sur la plaque africaine, au voisinage de laxe de la dorsale. Cette structure augmente progressivement de taille jusqu 80 M a. Sa position sur laxe sans pour autant quil existe un symtrique sur la plaque sud-amricaine dire des structures formes jusquici et laisse supposer une origine ultrieure et intraplaque. Cela dvoile pour la rgion une plus grande complexit dans linteraction point chaud/dorsale que celle du modle classique de Morgan (1971) et Schilling (1991). Entre 75 60 M a (Figure 7.0.5 et Figure 7.0.6), les dirences entre les modles calculs avec les ples de Duncan et Richards (1991) et Muller et al. (1993) augmentent notamment partir de 65 M a. Entre 80 et 75 M a un plateau axial est brivement construit. La construction de ce plateau est interrompue par une rupture graduelle qui se propage du nord vers le sud. Le dbut de cette rupture pourrait tre li une diminution de lapport magmatique laxe du fait dune migration rapide de la dorsale vers le NW, lloignant de la position centrale du point chaud. Cet vnement a t observ pour dautres plateaux volcaniques, tels que les Aores (Gente et al., 2003) et St Paul-Amsterdam (Maia et al., 2008, 2011). Les changements de conguration dans les segments de la dorsale au voisinage du point chaud entre 80 et 65 M a semblent montrer une grande instabilit de la gomtrie du systme daccrtion. Ceci suggre que la dorsale a essay de se repositionner laplomb du point chaud travers des sauts daxe et/ou par des propagations daxe comme indiqu par les fortes asymtries dans le taux daccrtion. Au moins un saut de laxe est bien document par les anomalies magntiques. En eet, Cande et al. (1988), proposent un saut de laxe de la dorsale vers lest lge de lanomalie magntique 32 (75 M a) dans le segment entre la zone de fracture du Chui et celle 35S (Figure 2.1.4). Dans le segment de dorsale adjacent situ au nord, entre les zones de fractures du Chui et de Porto Alegre (Figure 2.1.4), qui a t lui aussi sous linuence du point chaud, les asymtries du taux daccrtion furent graduellement plus importantes du


Figure 7.0.5: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 75 et 60 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km). On remarque une cassure graduelle du nord vers le sud. Les changements de conguration dans les segments de la dorsale au voisinage du point chaud entre 80 et 65 M a. Des structures oriente SW-NE sont visibles sur la plaque africaine sans pour autant un symtrique sur la plaque sud-amricaine.


Figure 7.0.6: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 75 et 60 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km). On remarque une cassure graduelle du nord vers le sud. Les changements de conguration dans les segments de la dorsale au voisinage du point chaud entre 80 et 65 M a. Des structures oriente SW-NE sont visibles sur la plaque africaine sans pour autant un symtrique sur la plaque sud-amricaine.

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 148 nord (50%) vers le sud (95%). On observe entre 84 et 66 M a une grande variation dans le taux douverture et dans lasymtrie pour cette portion de la dorsale. Les taux sont , de 30 55 km/M a pour la plaque sud-amricaine et de 25 15 km/M a pour la plaque africaine (Figure 5.0.14). De fortes variations dans lasymtrie du taux douverture limites quelques segments de dorsale, formant vritables corridors, sont couramment associes des rgions sous linuence de points chauds (Muller et al., 1997). Muller et al. (1997) propose que ces fortes variations dae lasymtrie du taux douverture rsultent de la propagation de laxe de la dorsale vers le point chaud ou des petits sauts daxe, lis au ux asthnosphrique. Ainsi, on peut supposer que le segment au nord a rpondu aux contraintes avec une grande asymtrie du taux douverture tandis que le segment au sud a fait un saut daxe. Ce type de comportement est observ sur dautres systmes dinteraction entre dorsale et point chaud, comme pour le plateau Amsterdam et Saint-Paul dans lOcan Indien (Courreges et al., 2009). Selon Mittelstaedt et al. (2008), les variations du ux magmatique du point chaud sont les causes primaires de sauts daxe dans les systmes dinteraction entre points chauds et dorsales lentes comme celle de lAtlantique Sud. La construction de la chaine Walvis se poursuit sur la plaque africaine entre 75 et 60 M a dans la rgion du point chaud, avec la formation laxe dune nouvelle structure qui fait pair avec la portion la plus orientale de llvation du Rio Grande. Toutefois, cette structure qui prolonge la chane Walvis est en vidente dichotomie avec lautre structure quon suppose tre dorigine ultrieure et intraplaque. 60 M a, sur la plaque sud-amricaine, lensemble des trois structures qui forment llvation du Rio Grande (occidentale, centrale et orientale) sont dj visibles. Ces trois parties correspondent, respectivement, (1) la portion surleve de crote ocanique la plus lest, situe au sud de la chaine So Paulo, (2) un plateau de forme elliptique et (3) une structure oriente nord-sud situe plus ouest (cf. Chapitre 2, Figure 2.1.4). partir de 75 Ma et plus au sud-ouest de la position du point chaud, une nouvelle structure oriente SW-NE est visible sur la plaque africaine proche de laxe de la dorsale sans pour autant de symtrique sur la plaque sud-amricaine. Une fois de plus, labsence dun analogue sur la plaque sud-amricaine laisse supposer une origine ultrieure et intraplaque pour ces structures. Nous allons revenir plus en

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 149 dtail sur ces structures supposes dorigine intraplaque, plus tard lors de lanalyse des anomalies lair libre. Entre 55 0 M a (Figures 7.0.7, 7.0.8, 7.0.9, 7.0.10, 7.0.11 et 7.0.12), les dirences entre les rsultats obtenues partir des ples de Duncan et Richards (1991) et Muller et al. (1993) diminuent graduellement. partir de 40 M a et jusqu la n des reconstructions, les rsultats sont pratiquement identiques. partir de 55 M a, laxe de la dorsale est situ au nord-ouest de la position estime du point chaud, qui se trouve donc sous la plaque africaine. Ceci est cohrent avec labsence de grandes constructions volcaniques sur la plaque sud-amricaine associes au point chaud de Tristan da Cunha. Dsormais, les manifestations de volcanisme intraplaque visibles sur cette plaque se limitent des groupes de petits monts sous-marins, forms probablement soit en lien avec du volcanisme hors axe, soit par des processus lithosphriques locaux. Le plus notable est le groupe de monts sous-marins Zapiolle (OConnor et le Roex, 1992), situ au sud de la portion orientale de llvation du Rio Grande. Ces monts sous marins montrent une distribution WSW-ENE stalant vers laxe de la dorsale. Sur la plaque africaine dans un contexte clairement intraplaque, les structures formant la portion plus au sud-ouest de la chane Walvis concident avec la position du point chaud entre 60 et 25 M a pour le modle de Duncan et Richards (1991) et entre 50 et 25 M a pour celui de Muller et al. (1993). Cependant, ces intervalles dges estims pour la formation de ces structures sont parfois en dsaccord avec les ges obtenus par datation K Ar et Ar Ar pour ces dices volcaniques. Ce type de dsaccord entre ge mesur et ge suppos est observ dautres endroits au long de la chane de Walvis (cf. Figure 7.0.13). Trois petits groupes de monts sous-marin, situs dans la continuation sud-ouest de la chane Walvis, se forment entre 20 et 15 M a au-dessus de la position du point chaud . Entre 10 et 5 M a il ny a pas de structure notable dans la rgion du point chaud. Finalement, 0 M a se forme la dernire structure volcanique attribue au point chaud, lle de Tristan da Cunha, date de moins de 1 M a (OConnor et Duncan, 1990; OConnor et le Roex, 1992). Toutefois, tout au long des reconstructions sont visibles dautres structures volcaniques comme lle de Gough, les monts sous-marins RSA et des petits groupes de monts sous-marins situs entre ces derniers et la chane Walvis, qui sont en-dehors


Figure 7.0.7: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 55 et 40 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).


Figure 7.0.8: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 55 et 40 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).


Figure 7.0.9: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sudamricaine et africaine pour la priode entre 35 et 20 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).


Figure 7.0.10: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sud-amricaine et africaine pour la priode entre 35 et 20 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).


Figure 7.0.11: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sud-amricaine et africaine pour la priode entre 15 et 0 M a selon le calcul avec les ples de Duncan et Richards (1991). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).


Figure 7.0.12: Reconstructions cinmatiques du mouvement absolu des plaques sud-amricaine et africaine pour la priode entre 15 et 0 M a selon le calcul avec les ples de Muller et al. (1993). La bathymtrie rsiduelle gauche et le RMBA (Residual Mantle Bouguer Anomaly) droite. Le cercle noir est la position du point chaud (rayon de 200 km).

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 156 de la rgion suppose tre sous linuence du point chaud de Tristan da Cunha. A la priode actuelle lanomalie gravimtrique de 150 mGal dans la carte de la RMBA et lanomalie de 1000 m dans la carte de bathymtrie rsiduelle autour de llvation du Rio Grande et la chane Walvis, dlimitent un ensemble des structures volcaniques complexe qui nest pas totalement compatible avec lhypothse du point chaud sous lle de Tristan da Cunha. Rcemment, dautres auteurs ont avanc de nouvelles hypothses pour mieux expliquer lorigine de ces structures. Adam et al. (2007), bass sur calculs de ux mantlique et de ottabilit du panache, suggrent une autre position pour le point chaud, qui serait situe sous lle de Gough. Fairhead et Wilson (2005b) ont avanc lhypothse que la chane Walvis et llvation du Rio Grande sont le rsultat dun volcanisme par dcompression d des failles de dcrochements associes aux changements de la tectonique globale des plaques. Nous avons prsent les reconstructions cinmatiques de louverture de locan Atlantique Sud (Figure 7.0.1 Figure 7.0.12), qui nous ont permis dobserver lvolution spatiale et temporale de la gomtrie des positions relatives entre la dorsale et le point chaud ainsi que la relation entre cette volution et les structures prsentes dans le bassin ocanique. Cette volution permet dexpliquer de faon relativement satisfaisante la construction de la structure la plus signicative dans la plaque sudamricaine, llvation du Rio Grande. Cependant, pour la chaine Walvis et certains monts sous-marins voisins, le problme semble plus complexe. Nous allons par la suite examiner plus en dtail lvolution de la position estime du point chaud sur la plaque africaine, partir de reconstructions cinmatiques. Comme pour les reconstructions prcdentes, la trace du point chaud fut calcule en utilisant deux ensembles dirents de ples de rotation, celui de Muller et al. (1993) et celui de Duncan et Richards (1991) partir de la position de lle de Tristan da Cunha . La reconstitution de la trace du point chaud de Tristan da Cunha base sur ces deux modles est montre sur la bathymtrie rsiduelle dans la Figure 7.0.13. Cette carte prsente une synthse des dirences entre les deux modles. Elle montre une bonne concordance entre les deux rsultats pour la priode allant de lactuel jusqu 42 M a. Cependant, les rsultats obtenus pour la priode comprise entre 42 M a et 130 M a sont considrablement dirents. Pour les rsultats obtenus partir du modle de Duncan et Richards (1991), le

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 157 point chaud toujours t sous la plaque africaine, contrairement ceux obtenus partir de Muller et al. (1993), o le point chaud se situe sous la plaque sudamricaine au dbut de louverture de lAtlantique Sud. Ceci explique la grande dirence de position dans la portion terminale des traces, comme discut prcdemment. Entre 120 M a et 100 M a, lcart entre les deux reconstructions diminue, passant denviron 500 km 150 km. Entre 80 et 66 M a, lcart est stable autour de 150 km. Vers 58 M a il augmente nouveau, atteignant environ 350 km, pour ensuite diminuer nouveau jusqu 300 km environ 48 M a. partir de 42 M a, comme dj discut auparavant, les rsultats sont trs proches. On remarquera que la trace du point chaud calcul avec le modle de Muller et al. (1993) se situe sur la bordure ouest des structures volcaniques de la chane Walvis. Par contre, celle issue du modle de Duncan et Richards (1991) se maintient plus vers la bordure est de la chaine (Figure 7.0.13). Le modle de Duncan et Richards (1991) reconstitue la position du point chaud sur des structures qui nont pas danalogue sur la plaque sud-amricaine, comme par exemple celles formes autour de 66 M a ou de 58 M a, alors qu ces ges l, le point chaud tait situ au voisinage de laxe de la dorsale. La bordure nord de Walvis sest dailleurs mise en place de faon synchrone celle de llvation du Rio Grande cette priode. La question de lorigine de ces structures allonges se pose alors. Sont-elles lies au point chaud de Tristan da Cunha ou y a-t-il contribution dautres points chauds, par exemple un possible point chaud situ aujourdhui sous lle de Gough ? Les ges K Ar et ArAr connus pour la chaine Walvis, (OConnor et Duncan, 1990; OConnor et le Roex, 1992) sont grosso modo compatibles avec une gradation linaire par rapport la distance au point chaud comme prvu par la thorie classique de Wilson (1963) et montr dans OConnor et Duncan (1990). Cependant, un examen plus dtaill montre que le schma des ges est plus complexe que prvu par ce modle simple. En considrant un rayon de 200 km pour le conduit du panache, valeur admise dans la littrature (e.g. OConnor et le Roex (1992)), nous avons compar la localisation de la zone sous inuence du point chaud et les ges des structures bathymtriques pour la priode de 0 120 M a. Dans la gure 7.0.14 on remarque que la distribution des ges des structures volcaniques est plus ou moins en accord


Figure 7.0.13: Carte de bathymtrie rsiduelle avec la trace du point chaud de Tristan da Cunha selon les calculs avec les ples de Duncan et Richards (1991) en noir et jaune et Muller et al. (1993) en blanc et noir. Pour chaque palo position du point chaud est montre lge admis en Ma.

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 159 avec la trace du point chaud selon les ples utiliss. Toutefois, malgr le meilleur accord pour la trace calcule avec les ples de Duncan et Richards (1991), il y a des carts de plus de 200 km entre les ges observs pour certaines structures bahymtriques et la position thorique du point chaud. Pour les 15 ges connus sur la chaine Walvis, cela se produit sur 6 ou 9 cas, selon les ples utiliss, Duncan et Richards (1991) ou Muller et al. (1993) respectivement (Figure 7.0.14). Expliquer la construction de ces structures bathymtriques par un point chaud plac actuellement sous lle de Tristan da Cunha semble donc dicile. Lhypothse de la contribution dun autre point chaud fut alors considre. Lle de Gough fut voque dans les travaux de OConnor et le Roex (1992) et Adam et al. (2007) comme tant la possible localisation du point chaud lorigine de ces constructions volcaniques. Les positions des panaches supposs localiss actuellement sous les les de Tristan da Cunha et Gough ont t calcules aux poques correspondant la formation des structures bathymtriques. Dsormais, nous allons limiter notre discussion aux structures dates qui ne peuvent pas tre modlises par la trace dun seul panache sous Tristan da Cunha. (Figure 7.0.16 Figure 7.0.23). Dans lescarpement nord du plateau Abutment, lge tabli par chronostratigraphie la station 363 de forage DSDP (Deep Sea Drilling Program) ((Bolli et Ryan, 1978)) est de 113 M a. Cette station est situe 120 km ENE de la position calcule pour le point chaud de Tristan au mme ge avec les ples de Duncan et Richards (1991), ce que dnote une bonne concordance. Toutefois, pour le modle de Muller et al. (1993) elle se trouve 280 km au NE de la position thorique, ce qui a priori nest pas un bon accord (Figure 7.0.16). Cependant, la dirence de 80 km vers le NE par rapport au rayon admis de 200 km peut tre justie si on tient compte de la mthode utilise pour la dtermination de lge. La chronostratigraphie donne lge nal de la structure, donc plus jeune de quelques millions dannes par rapport au dbut de la formation. cette priode la vitesse de dplacement absolue de la plaque Afrique selon les ple de Muller et al. (1993) tait de 10 km/M a (Figure 7.0.15). En consquence 8 millions dannes susent pour couvrir lcart de 80 km observ. Mais dans ce cas, la structure devrait avoir une g de mise en place de 121 M a et donc lajustement avec les ples de Duncan et Richards (1991) serait moins bon. Ce problme peut tre rsolut car cette station est trs proche de lisochrone de


Figure 7.0.14: Carte de bathymtrie rsiduelle avec les ges disponibles (en M a depuis OConnor et Duncan, 1990 et OConnor et le Roex, 1992), pour la chane Walvis et llvation du Rio Grande. En gris clair, avec un diamtre de 400 km, la trace calcule avec les ples de Duncan et Richards (1991) en haut et en bas celle calcule avec les ples de Muller et al. (1993). En jaune les positions du point chaud tous les 5 M a. En blanc les ges moins de 200 km du centre de la position


Figure 7.0.15: Variation de la vitesse absolue de dplacement de la plaque Afrique dans le temps. Avec les ples de rotation de Duncan et Richards (1991) (DR91) et Muller et al. (1993) (M93). 113.18 M a et donc la structure ne peut pas tre plus ge que la crote ocanique sur laquelle elle sest construite. Considrer un rayon plus grand pour le conduit du panache semble draisonnable par rapport aux rsultats des modles de panache, qui situent les diamtres de conduits plutt dans la gamme de 100 300 km (Ito et al., 2003). Sur la portion nord-est de la chane Walvis, la station AII93-21, lge de 69.8 M a fut dtermine par datation Ar Ar (Courtillot et al., 2003). Les positions thoriques du point chaud cette poque sont trs semblables quel que soit le modle utilis et trs loignes de cette station. La station est situe une distance de 550 km au nord-est des positions thoriques du point chaud (Figure 7.0.17). Dans ce cas, lcart de 350 km est plus important et mme si cette priode la vitesse absolue pour la plaque africaine est entre 25 et 50 km/M a selon le ples utilises (Figure 7.0.15), elle ne permet pas dexpliquer lcart observ. Par ailleurs, une augmentation du rayon du conduit jusqu 550 km semble invraisemblable.


Figure 7.0.16: Carte de bathymtrie rsiduelle. En noir lge de la structure volcanique dans la chane Walvis. Les cercles montrent 200 km autour de la position centrale estime des points chauds Tristan da Cunha (en blanc) et Gough (en noire) 113.18 M a. En blanc lisochrone interpol de 113.18 M a et en noire lanomalie magntique plus proche, M0 (120.4 M a).

CHAPITRE 7. EVOLUTION TEMPORELLE DE LA GOMTRIE DU SYSTME DINTERACTION DU POINT CHAUD TRISTAN DA CUNHA ET LA DORSALE DE LATLANTIQUE SUD 163 Pour la chane de Hawaii qui a un ux estim 5 fois suprieur celui de Tristan da Cunha (Courtillot et al., 2003), le rayon du conduit dans le manteau suprieur fut estim entre 200 et 100 km (Constable et Heinson, 2004; Wolbern et al., 2006). En outre, pour cette station lge de la crote ocanique environnante (Muller et al., 2008) est de 97 M a, donc la structure ne peut pas tre plus ge. Dans le nord de la portion centrale de la chane Walvis, la station 525A du DSDP, les datations donnent un ge de 79.1 M a OConnor et Duncan (1990). Les carts entre cet ge et les positions thoriques du point chaud de Tristan da Cunha sont importants, 630 km vers le SW (Duncan et Richards, 1991) et 320 km vers le SSW Muller et al. (1993)(Figure 7.0.18). cette priode la position du point chaud de Tristan est cohrente avec la construction laxe dun plateau qui formera sur la plaque sud-amricaine la portion centrale de llvation du Rio Grande. La position thorique du point chaud est donc trop au nord pour justier une formation au dessus dun canal sublithosphrique entre celui-ci et la dorsale. De plus, selon les positions estimes pour le point chaud de Gough, celui-ci nest pas non plus en mesure davoir particip la gense de cette structure. La premire structure qui dans les reconstructions cinmatiques ne semble pas avoir t cre laxe ni avoir danalogue sur la plaque sud

PESSANHA Ivo 2011 These Finale

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