[PDF] Étude morphostructural comparative de dorsales océaniques à taux

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UBO GROUPE DE FORMATION DOCTORALE

CNRS GEOSCIENCES : GEODYNAMZQUE, GEOPHYSZQUE

{FREMER ET GEOCHIMIE DES OCEANS

ORS TOM

BRGM

THÈSE DE DOCTORAT

DE

L'UNIVERSITÉ DE BRETAGNE OCCIDENTALE

Pascal GENTE

ETUDE MORPHOSTRUCTURALE COMPARATIVE

DE DORSALES OÇEANIQUES

A TAUX D'EXPANSION VARIES

- Schéma d'évolution morphologique de l'axe des dorsalet- -Liaison avec I'hydrothermalisme - 'a.'

BREST 1987

Nouvelle série

n021

UWIVERSIïE DE BRETAGNE 0CCIDENTAL.E

Groupe

de Formation doctorale : GEOSCIENCES : GEODYNAMIQUE. GEOPHYSIQUE ET GEOCHIMIE DES OCEANS.

Unité de

r-: "GIS Océanologie et Géodynamique", Brest Unité Associée au C.N.R.S., réf. GS 410012

0-es avant finance la recherche :

GIS "Océanologie et Géodynamique"

IFREMER

PIROCEAN

Directeur de

these (Article 15, arrêté du 05/07/84) : M. J.H. AUZENDE

Equipe de recherche

: Géosciences Marines, IFREMER

Tuteur

: M. J.H. Auzende

Organismes concernés

: IFREMER, U.B.O., C.N.R.S. Ba~wrteurs désignés par le Président de 1'U.B.O. (Article 15, arrêté du 05/07/84) Avis du Conseil Scientifique en date du 27 juin 1984.

MM. P. CHOUKROUNE

T.

JUTEAU

président du Jury : (Article 15, arrêté du 05/07/85) : Monsieur René BLANCHET, hofesseur A 1'

Université de Bretagne Occidentale. Brest.

Jurv : (Article 15, arrêté du 05/07/85)

MM. Jean-Marie AUZENDE, Géologue du Département "Géosciences Marines" de l'Institut Français pour l'Exploitation de la

Mer (IFREMER), centre de Brest

René BLANCHET. Professeur A l'université de Bretagne Occidentale (U.B.O.), Brest ;

Henri BOUGAULT, Géochimiste du Département "Géosciences Marines" de l'Institut Français pour l'Exploitation de la

Mer (IFREMER), Centre de Brest ;

Pierre CHOUKROUNE, Professeur A l'université de Rennes. Rennes ; José HONNOREZ, hofesseur 3 l'université Louis Pasteur de Strasbourg, Strasbourg.

Thierry

JUTEAU, Professeur 3 l'université de Bretagne Occidentale (U.B.O.), Brest.

Date de soutenance

: Le 6 FEVRIER 1987. Appel bibliomaphique du present volume : GENTE. P. (1987)

ETUDE MORPHOSTRUCTURALE COMPARATIVE DE DORSALES OCEANIQUES A TAUX D'EXPANSION VARIES. SCHEMA D'EVOLUTION MORPHOLOGIQUE

DE L'AXE DES DORSALES

; LIAISON AVEC L'HYDROTHERMALISME.

Thèse de Doctorat de

11Universit4 de Bretagne Occidentale, Brest, no, 371 p., 1 pl. hors-texte, 1987.

Le Responsable du Groupe de Formation Doctorale,

Ren6 BLANCHET

L'Administrateur Provisoire de la Faculté des Sciences et Techniques,

A. MORA

&j Le Président de l'université de Bretagne ~cciztale,

Claude BABIN

DPp6t légal no 1987 BREST 1987

NouveJle série

no 21.

Rien n'est écrit .... rien

qu'on ne doive réécrire une autre fois.

Hugo Pratt

e es Ethiopiques"

REMERCIEMENTS

Au terme de ce mémoire, je tiens à exprimer ma plus vive re- connaissance

2 tous ceux qui, de près ou de loin, y ont contribué, et sans

Z'aide desquels

ce travail n'aurait pu voir le jour et aboutir. R. BLANCHET, après avoir suivi une partie de ma formation universitaire et suscité mon

engouenent pour la géologie structurale, m'a accueilli dans son Laboratoire en troisième cycle.

Qu'il trouve ici l'ex-

pression de ma reconnaissance.

J.M. AUZENDE m'a proposé ce sujet de recherche et a su me faire profiter de son expérience, de ses connaissances et de

la façon d'a- border les problèmes. Je le remercie très vivement pour sa patience souvent mise à l'épreuve au cours de ces trois années, pour tout le temps qu'il m'a consacré en discussions, corrections et résolutions de problèmes divers liés à mon travail, et pour mon embarquement sur le Leg 3 de SEAPSO. H. BOUGAULT est Z 'initiateur de ce sujet et m'a permis d'ac- céder au grand nombre de données indispensables

à l'élaboration de cette étude. Je

lui suis très reconnaissant de l'intérêt constant qu'il a porté à mes travaux, du soutien dont il a fait preuve au cours des trois années et de mon embarquement sur

Za mission HYDROFAST qui donne une suite à mon

travail. Merci pour tout. Au cours de ces trois années, j 'ai bénéficié d'une aide et d'un soutien constant de la part de D. BIDEAU et Y. FOUQUET. Ils ont su me conseiZZer et m'encourager dans les moments les plus difficiles, malgré mon caractère. Je les remercie pour le temps qu'ils m'ont consacré et pour

Zeur apport considérable

à cette étude. Qu'ils trouvent ici l'assurance de mon amitié.

Je remercie également

K. CRANE, P. CHOUKROUNE, R. HEKINIAN

et V. RENARD pour m'avoir permis d'accéder aux r6suZtats de campagnes ré- centes, dont certains encore non publiés. Merci pour Zeur accueiZ et leurs consei 2s. Je remercie sincèrement les membres du Jwly : J.M. AUZENDE, R. BLANCHET, H. BOUGAULT, P. CHOUKROUNE, J. HONNOREZ et T. JUTEAU qui m'ont fait

2 'honneur de juger ce mémoire.

Merci également

à tous les chefs de missions : J.M. AUZENDE,

H. BOUGAULT, P. CHOUKROUNE, D. DESBRUYERES, P.J. FOX, J. FRANCHETEAU, R. HEKINIAN, H.D. NEEDHAM, V. RENARD et B. SICHLER dont j'ai utilisé les données et qui ont ainsi rendu possible la réalisation de cette étude. Je remercie tous ceux du COB, de Z'UBO ou de Z'extérieur, P. BEUZART, J.L. CHARLOU, B. COLLETTE, J.P. EISSEN, P. GUENNOC, Y. LAGABRIELLE, A. LAPOUILLE, J.L. OLIVET, A. SCHAAF, J.J. TIERCELIN, C. TISSEAU et B. VENDEVILLE, et tout particulièrement K. CRANE, V. RENARD, D. GIBERT, L. GELI et B. SICHLER. Ils ont su me faire profiter de leur ex- périence, et de Zeurs connaissances par leur critiques à mes nombreuses questions Je tiens à exprimer ma reconnaissance aux personnes qui m'ont apporté leur aide et leurs conseils : M. VOISSET et J.P. LE FORMAL sur Ze plan informatique ; J.P. MAZE pour Za. mise au propre de nombreux dessins, ainsi que M. FEREC et D. CARRE ; J. QUENTEL, M. MORVAN et N. UCHARD pour Za frappe de nombreux papiers divers et variés ; et tout partieuZièrement S. MONTI pour ses conseiZs avisés et son aide précieuse pour Za réalisa- tion de ce travaiZ. La frappe du manuscrit a été assurée par J. ROLET. Je la remercie pour sa patience et sa gentiZZesse. Je tiens à ne pas oublier G. RIOU et son équipe au BNDO qui m'a toujours assisté rapidement pour tous mes besoins an rejeu, ainsi que G. VINCENT et M. FEVRIER, de Za photothdque, pour Zes planches photogra- phiques. Merci à tous mes amis du COB ou de Z'UBO qui m'ont accompagné pendant ces trois années : PASCAL, CHANTAL, YVES, ANNETTE, DARIO, GILBERT et IVATHALIE, et plus particulidrement BRUNO et MARIE-FRANCOISE sans qui une partie de ce travaiZ n 'aurait pu être possible, ainsi qu'à tous mes amis brestois ou lointains. Enfin, tout ce travail n'aurait pu être réalisé sans

Ze sou-

tien constant de mes parents et je tiens

à exprimer ici toute m reconnais-

sance à ANNIE à qui il revient une grande partie de ce travail. Je leur dédie à tous trois ce mémoire. Ce travail a bénéficié d'un soutien financier de Z'IFREMER, du GIS Océanologie et Géodynamique, du PIROCEAN et d'une aZZocation DGRST sur les trois années. Merci

à tous.

SOMMAIRE

INTRODUCTION

Page 1 CHAP 1 TRE PREMI ER - Les dorsal es océaniques : caractères morphol ogi - ques généraux et modèles sur l'origine de la morpho- logie axiale. 9 CHAPITRE SECOND - Les dorsales à taux d'expansion rapide (9 cm/an) :

1 'exemple de la dorsale Est-Pacifique de la zone de

fracture Rivera (19"N) à 22"s. 5 1

CHAP 1 TRE TROI s 1 €ME

- Les dorsal es à taux d' expansion intermédiaire (5 à 9 cm/an) : les exemples de la dorsale active du bassin Nord-Fidjien, la dorsale active des Gala- pagos, la dorsale Est-Pacifique au Nord de la frac- ture Rivera, le système des dorsal es Gorda, Juan de

Fuca et Explorer.

16 7

CHAPITRE QUATRI EME

- Les dorsales à taux d'expansion lent (1 à 5 cm /an) : 1 es exemples de 1 a dorsale médio-At1 antique Nord, la dorsale du Golfe de Tadjoura et Mer Rouge, la dorsale de Reykjanes. 223

CHAP 1 TRE

c 1 NQU 1 EME - Synthèse des caractères morphol ogiques, struc- turaux et géophysiques des dorsales océaniques,

schéma d'évolution du domaine axial.

Discussion, conclusion.

3 15

BIBLIOGRAPHIE

ANNEXES

TABLE DES MATIERES

INTRODUCTION

Tout bouge. La terre apparaît comme une entité vivante depuis la formulation de la théorie de la Tectonique des plaques au cours des années soixante, théorie pourtant déjà largement anticipée dès le début du siècle sous le nom de "dérive des continents". Les mouvements s'expriment en terme de divergence, convergence ou glissement de plaques, se traduisant par un ensemble de processus volcano-tectoniques

à leurs frontières qui

rendent compte des structures océaniques et continentales majeures (dor- sales, fosses, zones de fracture, ceintures orogéniques). Les dorsales océaniques représentent le type même des limites de plaques divergentes où se situe l'accrétion. Le principe de fonctionnement de ces zones d'accrétion n'est pas encore bien compris dans le détail, et en particulier les phénomènes volcaniques, tectoniques et hydrothermaux qui y sont liés. Les seules variations morpho-tectoniques le long de l'axe d'une dorsale océanique, ou d'un océan à l'autre, sont l'objet de controverses quant à leur ori- gine. C'est sur ce problème que va porter essentiellement cette étude.

INTERET DE L'ETUDE

Après des études menées à partir de la surface des océans (le- vés bathymétriques, magnétiques, gravimétriques ...), le développement de techniques nouvelles (sonars latéraux, engins remorqués, submersibles ha- bités ...) a permis l'exploration en détail du plancher océanique. C'est ainsi qu'au début des années soixante-dix, le projet

FAMOUS (French

American Mid-Ocean Undersea Survey), qui consistait

à explorer à l'échel-

le du terrain une partie du rift médio-atlantique au Sud des Açores; a pris naissance. Cette opération démontra entre autres que le plancher de la val- lée axiale, bordé par des murs abrupts, est constitué de coulées basalti- ques figées sous la forme de "coussins", mises en place le long de reliefs volcaniques, cÔniques, allongés dans l'axe de la dorsale (Arc~ana, 1975, 1977
; Ballard et al., 1975). Après cette étude d'une partie de la dorsale à taux d 'expansion lent (2 cm/an) , l'intérêt s' est porté sur 1' exploration des dorsales à taux d'expansion plus rapide (6 cm/an puis 10 à 18 cmlan). L'étude détaillée de la dorsale des Galapagos (6 cmlan) révéla l'existence de petits monts sédimentaires, situés

à environ 25 km de l'axe d'accrétion

(Lonsdale, 1977 b), et constitués de couches de sédiments métallifères d'origine hydrothermale (Williams et al., 1974 ; Sclater et al., 1974).

Puis en 1977, lors d'une plongée de

l'ALVIN, l'activité hydrothermale à l'axe d'une dorsale était observée, caractérisée par une eau moirée dont la température atteignait

23OC (Crane, 1978 ; Corliss et al., 1979). L'hydro-

thermalisme actif sur le plancher océanique avait déjà été supposé bien auparavant par l'étude des sédiments métallifères (Bostrom et Peterson,

1966, 1969). Une année après la découverte des Galapagos, la découverte

de sulfures massifs sur la dorsale Est-Pacifique

à 21°N (Francheteau et

al., 1978, 1979 ; Hékinian et al., 1980) et l'évidence directe, dans la même zone, de sorties de fluides hautes températures (350°C) (Crane et

Normark, 1977) observées en 1979 (Mac Donald

et al., 1980 ; Spiess et al., 1980) ont suscité un grand intérêt pour ces éventuels gise- ments sous-marins. De nombreuses campagnes suivirent, tant dans le Paci- fique (dorsale Est-Pacifique à 13ON, 20°S, dorsale Juan de Fuca) que dans l%tlantique ou la Mer Rouge. Ce sont les données de certaines de ces campagnes qui ont été utilisées pour l'élaboration de ce travail. ~'étu- de morphologique et structurale qui suit a pu être menée tout d'abord par la reconnaissance générale de systèmes d'accrétion dans leur contex- te géodynamique (dorsale Est-Pacifique, Atlantique, Golfe de Tadjoura et Bassin Nord-Fidjien). Puis des levés bathymétriques serrés, des ima- ges de sonar latéral et des plongées en submersible dans ces différents secteurs ont approfondi la connaissance que l'on pouvait en avoir. Ces techniques d'investigation permettent une étude poussée de la morpholo- gie, de la structure et des relations possibles entre le volcanisme et llhy- drothermalisme. Une comparaison peut ainsi être menée, tout d'abord sur différents points d'un même système d'accrétion, enfin sur les différents systèmes entre eux, présentant tous des caractéristiques différentes (morphologie, taux d'expansion), et se situant dans des contextes qéodyna- miques variés. Cet ensemble de données permet de proposer des contraintes mor- phologiques et structurales précises pour l'élaboration d'un modèle sur la circulation hydrothermale et l'accrétion océanique, qui demande une approche pluridisciplinaire.

METHODE D'ETUDE

L'approche est guidée par les différents moyens d'investiga- tion disponibles mis en oeuvre lors des campagnes. Ces moyens permettent d'observer les dorsales océaniques depuis l'échelle océanique jusqu'à celle de l'affleurement. En effet, les reconnaissances générales (cam- pagnes VEMA, MAPCO, SEARISE, SEAPSO) (tableau 1) se font lors de grands profils bathymétriques (sondeur multifaisceaux Seabeam), magnétiques, gravimétriques et sismiques (sismique réflexion, sondeur

à sédiments

3,5 kHz). Ces grands profils permettent de comprendre l'organisation gé-

nérale du système étudié, et de localiser précisément les cibles qui pourront faire l'objet d'une étude détaillée. Au cours des mêmes campa- gnes (SEARISE, SEAPSO) ou lors des campagnes postérieures dans les mêmes zones (CLIPPERTON, GEOMETEP

III, PRECYAD, campagne du Lamont), des levés

bathymétriques de "boltes" sont effectués avec une couverture de 50 à

100 %. Ces levés sont souvent complétés par d'autres techniques (draga-

ges, photographies du fond, carottages, imagerie sonar, prélèvements dans la colonne d'eau) qui permettent de mieux cerner les phénomènes issus de la tectonique, du volcanisme, de la sédimentation et de llhydro- thermalisme. Ces études permettent la mise en évidence des différents processus depuis l'échelle régionale jusqu'à celle de la centaine de mètres La dernière approche, celle du submersible (campagnes CYATHERM, CYARISE et CYADEN) fournit des observations à l'échelle de l'affleurement et permet ainsi de faire une géologie comparable

à celle de terrain au fond des océans.

Toutes ces différentes techniques sont limitées en mer princi- palement par les problèmes de positionnement. D'autre part, des limites sont à donner aux images obtenues (SEABEAM, sonar latéral) qui dépendent du traitement qui suit l'acquisition de ces données. Ces deux aspects seront traités dans le chapitre "~éthodologie" où les diverses techniques employées lors de ce travail seront examinées et con- mentées.

SUPPORT DE DONNEES

Les campagnes ayant servi de support de données à ce travail sont répertoriées ci-dessous (tableau 1) :

Organisme

IFREEIER

PREUSSAG

IFREMER

Ilniversité

de Kennes

1 rREElER

ORSTOM

Gravi-

métrie x X Sis- inique

Siibmer-

sil,le x x x x x x x

Magma-

tisme x x X Sea ueam x x X x x x x X

Chef de mission

II .D. Needliam

H. Uougault

J. Francheteau

R. Hekinian

D. Desbruyères

H. Biicker

V. Renard

II. Bougault

R.

Ilékinian

D. Desbruyères

P. Choukroune

P.J. Fox

J'M' Sea Mark x

Localisation

Atlzintique Nord

PacifiqueNord

et Sud

Pacifique Nord

Golfe rle

Tadjoura

Pacifique Sud

Pacifique Nord

Golfe de

Tadjoura

Pacifique Nord

Bassin

Nord-FidJ ien

Année

1977
1979
1980
1981
1982
1983
1984
1985
de la campagne Vema Mapco

Searise

Clipperton

Geocyatlierm

Uiocyatherm

Geometep III

Precyad

Geocyarise

I,eg 1

Leg 2 Leg 3

Biocyarise

Cyaden

Seapso

Leg 3 A cet ensemble, viennent s'ajouter trois transits des campagnes NIXO 40, 41, 43, dans le Pacifique Nord. Les différentes méthodes d'appro- che sont résumées dans le tableau 1, et correspondent uniquement aux don- nées qui furent utilisées dans ce travail.

PRESENTATION

DU TRAVAIL

Après un historique rapide des travaux effectués sur les dor- sales et des conclusions générales qui en ont découlé avant 1970, une re- vue des différents modèles, qui essaieît de rendre compte de la morphologiequotesdbs_dbs26.pdfusesText_32

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