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THESE DE DOCTORAT DE L’UNIVERSITE DE BRETAGNE OCCIDENTALE SPECIALITE : GEOSCIENCES MARINES Maryline Moulin Étude géologique et géophysique des marges continentales passives : exemple du Zaïre et de l’Angola Volume 1 : texte Soutenue le 28 novembre 2003. Devant la commission d’examen composée par : M. D. ASLANIAN Chercheur, IFREMER, Brest Tuteur M. R. GUIRAUD Professeur, Univ. de Avignon, Avignon Examinateur M. P. HUCHON Professeur, Univ. P. et M. Curie, Villefranche Rapporteur M. Y. LAGABRIELLE HDR, Univ. Bretagne Occidentale, Brest Examinateur M. L. MATIAS Chercheur, Univ. de Lisboa, Lisbonne Examinateur M. J.-L. OLIVET Chercheur, IFREMER, Brest Co-Directeur de thèse M. J.-P. REHAULT Professeur, Univ. Bretagne Occidentale, Brest Directeur de thèse M. J.-L. RUBINO Total, Pau Rapporteur M. P. UNTERNEHR Total, Paris Rapporteur

Étude géologique et géophysique des marges continentales passives

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  • THESE DE DOCTORAT DE LUNIVERSITE DE BRETAGNEOCCIDENTALE

    SPECIALITE : GEOSCIENCES MARINES

    Maryline Moulin

    tude gologique et gophysique des margescontinentales passives : exemple du Zare et de lAngola

    Volume 1 : texte

    Soutenue le 28 novembre 2003.

    Devant la commission dexamen compose par :

    M. D. ASLANIAN Chercheur, IFREMER, Brest Tuteur

    M. R. GUIRAUD Professeur, Univ. de Avignon, Avignon Examinateur

    M. P. HUCHON Professeur, Univ. P. et M. Curie, Villefranche Rapporteur

    M. Y. LAGABRIELLE HDR, Univ. Bretagne Occidentale, Brest Examinateur

    M. L. MATIAS Chercheur, Univ. de Lisboa, Lisbonne Examinateur

    M. J.-L. OLIVET Chercheur, IFREMER, Brest Co-Directeur de thse

    M. J.-P. REHAULT Professeur, Univ. Bretagne Occidentale, Brest Directeur de thse

    M. J.-L. RUBINO Total, Pau Rapporteur

    M. P. UNTERNEHR Total, Paris Rapporteur

  • Rsum :Ce travail de thse aborde la formation des marges continentales passives dans le segment central de locan

    Atlantique Sud (plus particulirement au Congo et en Angola), en intgrant une tude en coupe (tude structurale partir des

    coupes sismiques) et une tude en plan (tude cinmatique).

    Ltude structurale de la marge a t ralise partir des donnes de sismique rflexion et rfraction de la

    campagne Zaango et dune compilation de donnes sismiques rflexion existantes sur toutes les marges africaine etbrsilienne entre les zones de fracture quatoriales et la ride de Walvis. Linterprtation de ces donnes a permis

    dindividualiser la structure de la marge en trois domaines : continental, transitionnel et ocanique et de dterminer quelques

    points majeurs sur la structuration de la marge.

    Lamincissement est abrupt, localis dans la zone de pente continentale et restreint 50 km. La marge montre peu

    de structures distensives : seuls un ou deux blocs basculs sont observs en haut de pente continentale. Le domainetransitionnel est caractris par la gomtrie particulire de la sdimentation ant-salifre, labsence de blocs basculs et la

    faible paisseur de crote. La couche sdimentaire ant-salifre montre des rflecteurs plans jusqu la base du sel, continus

    sur 100 km, liminant toutes possibilits de dformation du socle pendant et aprs son dpt. La crote du domaine

    transitionnel peut-tre divise en deux types : une crote de type I sur laquelle se dposent les sdiments non dforms, et une

    crote de type II sur laquelle se superposent les limites du front compressif salifre bien exprim dans les sries post-

    salifres. Enfin le sel, que lon observe depuis la plate-forme jusquau bassin profond, ne se dpose pas dans un bassinconfin (comme en Mditerrane) mais un niveau proche de 0 m (ressemblant probablement un dpt de type lagunaire)

    et donne la palo-bathymtrie au moment de son dpt qui marque la fin de la priode de formation de la marge.

    La comprhension de la gense d'une marge ne peut tre approche sans son homologue. Cette simple

    constatation, cette vidence, montre toute l'importance que l'on doit apporter la reconstruction cinmatique initiale del'ocan qui borde ces marges homologues et aux contraintes imposes par les reconstructions cinmatiques sur les

    mouvements horizontaux des plaques lithosphriques. Afin d'tudier la position des marges au moment de cette fermeture,

    c'est--dire avant amincissement, une tude globale intgrant l'ensemble des donnes disponibles, gophysiques et

    gologiques, ocaniques et continentales, a t ralise. Le rle de la dformation intraplaque africaine, ses limites et leurs

    consquences a, en particulier, t l'objet d'une attention pousse. Pour juxtaposer les marges du segment central, ce sont

    toutes les marges de locan Atlantique Equatorial qui doivent tre ajustes prcisment. L'tude cinmatique ralise de largion quatoriale montre que l'on obtient une reconstruction fiable et sans ambigut, avec une prcision que l'on peut

    quantifier. Les ples issus de cette tude (et calculs avec le Logiciel PLACA) indiquent qu'il est impossible d'obtenir une

    fermeture plus serre que celle qui conduit la superposition des fronts salifres brsilien et angolais : les coupes issues de la

    sismique rflexion des deux marges indiquent qu'il subsiste un bassin aminci, large de plus de 330 km et dont la crote

    n'excde jamais 13 kilomtres d'paisseur. La formation de ce bassin ne peut rsulter de mouvements horizontaux, ce quiexclut un amincissement par tirement (pure stretching) ou par l'existence d'une faille de dtachement (simple shear) ou par

    quelque modle conservatif que ce soit. Cette constatation corrobore l'observation de la prsence d'horizons ant-salifre

    parallles, entre eux et au sel, couche salifre que l'on retrouve sur la plate-forme : la cration de ce bassin ant-salifre ne

    peut tre que lie un mouvement vertical.

    Le schma d'volution que nous proposons partir des donnes structurales et des contraintes cinmatiquesprsente quatre tapes : le premier stade correspond une phase de dformation distensive limite aux quelques rares blocs

    basculs observs en haut de pente continentale. C'est durant la deuxime tape que se droule la phase d'amincissement

    principal, les mouvements verticaux prvalent, aboutissant la formation de la pente continentale et la subsidence du

    bassin. La troisime phase correspond une premire striction des contraintes : la dformation se concentre sur une partie

    rduite du bassin, concidant avec le front salifre compressif. Une proto-crote ocanique se forme, probablement compose

    de crote continentale amincie et intrude de matriel mantellique. La seconde striction correspond la phase finale deformation de la marge et aboutit l'ocanisation sensu stricto.

    Ltude cinmatique et la description de lvolution de la marge partir des donnes sismiques montre donc que

    l'on ne peut envisager l'application d'un modle de gense des marges avec conservation de volume (type McKenzie ou

    Wernicke et leurs avatars) : pour expliquer l'amincissement du bassin, il faudrait probablement nous intresser aux modles

    non-conservatifs (impliquant transformation, convection petite chelle, ) qui sont dj invoqus pour la formation desbassins marginaux ou continentaux, sans mouvements horizontaux.

  • Abstract :The objective of the present work is to study the formation of the passive continental margins of the Central Segment

    of the South Atlantic, most particularly the Congo and Angola margins. We propose a combined approach, which integrates

    structural constraints based on geological cross-sections (based on seismic data) and global constraints based on plate kinematic

    reconstructions.

    The structural study is based on : i) MCS and refraction data collected during the ZaiAngo programme (a joint project conducted

    by Ifremer and Total) ; ii) proprietary, industrial seismic data (courtesy of Total) from the Angola margin and iii) on all availableseismic lines from the Africa and Brazil conjugated margins, between Walvis Ridge and the Equatorial Fracture Zones. Based on

    theses data, three structural domains (continental, transitional and oceanic) have been defined, the major characteristics of which

    are :

    Crustal thinning occurs abruptly, mostly below the continental slope, over a lateral distance of less than 50 km. The top of the

    crust deepens as the Moho shallows.Only a few extensional structures are observed ; tilted blocks are very few (one or two, depending on the profile), found only on

    the upper part of the slope and sealed by a discordance prior to salt deposition.

    The transitional domain is characterized by the existence of a pre-salt basin lying over a thin crustal layer. No tilted blocks are

    observed in this domain and reflectors within the pre-salt sediment series are parallel to the base of the Aptian salt, over distances

    greater than 100 km, precluding the possibility of any significant deformation that would imply large horizontal motions.

    Two types of crust are observed in the transitional domain. Type I crust is found below the undeformed pre-salt sediment serieslocated below the eastern part of the basin ; it is characterized by an upper layer of thickness greater than 5 km and a abnormal

    velocity layer (7.2 7.6 km/s), up to 6 km thick. Type II crust is less than 5 km thick and found below the salt compressive

    front that affects the western part of the basin.

    The salt cover is continuous (no erosion surface is observed), from the continental shelf to the western termination of

    the basin. Salt was not deposited in a confined environment (like in the Mediterranean), but in a shallow water, lagunalenvironment. This imposes the zero-level and constrains the paleo-bathymetry at the time of salt deposition, which dates the latest

    stage of margin formation.

    Understanding the formation of a margin cannot be approached without studying the homolog margin. Therefore, it is

    of major importance to reconstruct the closure of the ocean bordered by these homolog margins and take into account the

    constraints imposed by the kinematic reconstructions on the lateral motions of the lithospheric plates. In order to assess the

    relative position of the plates at the ocean closure (prior to crustal thinning), a global study was thus performed, integrating allgeophysical and geological constraints, in the ocean and on land. The role of african intra-plate deformation and its limits and

    their consequences have been thoroughly studied. To juxtapose the margins of the central segment of the Southern Atlantic, it is

    all the margins bordering the Equatorial Atlantic that need to be adjuste precisely. The kinematic study of this last region shows

    that the reconstruction obtained are reliable, unambiguous with a quantifiable precision The best fitting poles (obtained using the

    PLACA software), show that it is impossible to close the margins beyond the superposition of the salt fronts, from the Angola andBrazil margins. The geological cross-sections based on seismic data from the homolog margins indicate that a 330 km wide basin

    with thin (< 12 km) crust was present at the time of the fit. This basin cannot result from horizontal movement related to pure

    stretching or simple shear, or any model implying conservative volume. This conclusion is consistent with the existence of pre-

    salt reflectors parallel to the salt layer wich extends to the platform: the formation of the pre-salt basin must be related to vertical

    motions.

    The scenario that we propose for the evolution of the Congo-Angola margin consist in four stages: the first phasecorresponds to extensional deformation limited to the few tilted blocks observed on the upper part of the slope. During the second

    phase, the main crustal thinning occurs, vertical motions prevailes, resulting in the formation of the continental slope and in the

    subsidence of the basin. The third phase corresponds to the first stress striction: deformation is concentrated in a limited section of

    the basin, which corresponds to the salt compression front. A proto-oceanic crust is formed, probably composed of thinned

    continental crust intruded by mantle material. The second stress striction corresponds to the finale phase, resulting in oceanisation

    senso stricto.

    The evolution described shows that we can not apply conservative models for margin formation (such as McKenzie and Wernicke

    or any of their avatars). In order to explain this thinning, one should investigate non-conservative models (implying geochemical

    transformation, small scale convection, intrusion) such as those proposed in marginal or continental basins with no horizontal

    movments.

  • Remerciements :

    La commission d'examen

    Messieurs les membres du Jury, je vous remercie des efforts, des remarques et descritiques que vous avez fournis sur mon travail. Messieurs D. ASLANIAN, P. HUCHON, Y.LAGABRIELLE, J.-L. OLIVET, J.-P. REHAULT et J.-L. RUBINO, je vous remercie trssincrement dhonorer de votre prsence cette soutenance que je prpare depuis 4 ans.

    Je voudrais aussi remercier les invits (les non admis par ladministration la limitenumraire du jury tant fix 6 membres) dont jai souhait la prsence lors de masoutenance :

    M. P. UNTENEHR possde le titre de rapporteur invit . Je voudrais te remercierpour tout ce que tu as fait tout le long de cette thse : du dbut, en tant queresponsable structure profonde chez Elf, jusqu la fin, tu as t notre interlocuteurprivilgi. Merci dtre prsent dans ce moment important. Enfin, et ce nest pas

    cacahoute , merci pour Boston.

    M. L. MATIAS, avec qui jai collabor activement. Cest un scientifique hors pair etsurtout un homme dune gentillesse rare. Je suis heureuse que tu participes monjury, Luis. Merci davoir accept de faire le voyage.

    Enfin merci R. GUIRAUD, qui sest enthousiasm ds que J.-L. OLIVET lui aparl de notre travail et a demand venir. Merci de votre regard africain nondform

    La thse

    Quatre ans ont pass. Parfois trop vite, parfois trop lentement (lorsquon ne voit plus lestravaux avancs), mais la fin, ils sont l : les deux volumes de thse Je ny serais jamaisarrive seule. Ma thse, je la dois D. ASLANIAN et J.-L. OLIVET. Ce sont mes doutes,mes interrogations, vos encouragements, nos nervements, vos ides, mes erreurs, les vtres,mes interprtations, nos discussions qui font quaujourdhui, grce vous, la thse estacheve. Cette thse, cest ma thse, mais cest surtout le fruit de notre collaboration.

    Oui, grand merci Daniel ASLANIAN :Un jour, jai t adopte. Jerrais depuis quelque temps sur la cte angolaise, un peu

    dboussole, perdue entre les profils sismiques et les modles de vitesses, sans trop savoirquoi en faire et o aller ; jai t recueillie, adopte par celui qui allait me porter jusqu la finde ma thse : Daniel ASLANIAN. Il est tout pour moi : celui qui m'a pousse vers le haut (etjtais vraiment en bas de lchelle quand il a commenc), celui qui ma appris, aid, montrcomment travailler, numriser, regarder les cartes, concocter des images riches de sens (avecde belles couleurs). Celui qui a lu, corrig en premier, relu, recorrig en dernier ; celui qui ma

  • appris respecter le travail des autres et leur rendre la place quils mritent. Je ne voulaispas que ces trois ans de travail commun restent dans lombre. Tu ntais pas initialement montuteur, tu les devenu officieusement par la force du travail. Je suis ravie de voir ta place

    aujourdhui officiellement reconnue dans le jury. 1001 mercis ne suffiront jamais pour tout ceque tu as ralis.

    Mais il nest pas que mon tuteur adoptif : il est aussi mon parrain, mon dfenseur, monsoutien et mon ami. Il est aussi celui qui ma parl, beaucoup parl, et qui a bien voulumcouter quand enfin jai bien voulu parler mon tour. Il ma ouvert sa porte, ses bouteilles,sa cuisine, m'a appris aimer les fromages, les fruits et les rognons. Il ma partage sesamis et ma ouvert son cur. Je ne sais comment te remercier vraiment.

    Grand merci toi aussi, Jean-Louis OLIVET :Tu es lautre (re) pcheur de la cte angolaise qui ma recueillie lors de mon errance...

    Que faisais-tu dans ses eaux troubles de locan Atlantique Sud que tu avais dj tantfrquent en 1984 et 1995 ? Merci d'avoir bien voulu perdre un peu de ton temps si prcieux

    sur mes donnes difficiles, davoir accept une thsarde perdue, isole, et qui ne t'tait pasdestine. Tu mas remise avec Daniel ASLANIAN sur la bonne voie, mais surtout tu asclair ma thse de ton ouverture desprit, de ton intelligence, de ton humour, de tes motstoujours point nomm, de tes sourires, de tes coups de gueule, de tes passions. Infinimentmerci.

    Les grandes rencontres

    De ces quatre annes passes Brest et IFREMER, au laboratoire DRO/GM/GG, dansle bureau n 103a (bureau des tudiants), ce sont les rencontres, les rapports humains tisss aufils des mois que je retiendrai. Certains sont trs forts, d autres sont rituels, mais ils ontponctu et transform ma vie. Voici l'alphabet de ce bout de ma vie.

    Tout dabord Daniel ASLANIAN et Marina RABINEAU. Je les ai dcouverts IFREMER. Dabord impressionne, je ne leur parlais pas ou peu. Ensuite les apros duvendredi nous ont rapproch ; les week-ends Quilihouarn encore plus ; le Minou nous adfinitivement lis. Voil deux ans que nous partageons nos vies dans le caf-restaurant Les1001 Lunes au pied de la plage du Minou. Vie de rve, vie de fte, vie de jalousie, vie descience, vie de plage, vie damour, vie de bar, vie de pleurs, vie de musique, vie dmotions,

    vie de danse, vie pleine den vie, grce vous, japprends mordre pleinement la vie. Je vousaime. Merci

    Agns BALTZER : toujours l o on ne lattend pas, elle a ponctu ma thse de rires, debires, de fausses engueulades, encore de bires, de soutien, de paris dbiles, dun peu moinsde bires et dun peu plus de Perrier Plus que ravie de vous connatre, mam BALTZER.

    Pascal JUBAULT, un ami de Daniel, qui croisa ma route pour la premire fois endcembre 2000 St Denis-Maisoncelles. Nos chemins se sont ensuite de nombreuses fois

  • croiss au cours de lanne 2001, Dol, puis au Minou, avec des soires nen plus finir, desdiscussions aussi diverses que la Guyane, les chiens, la potomanie ( ne pas confondre avec ladipsomanie), les relations humaines. 2002 fut notre anne, celle de laventure du restaurant,

    celle de notre dcouverte. Merci dtre l. Merci pour tous ces rires, ces joies, ces peines, cebonheur bras ouvert que tu me donnes. Merci pour ces longues soires de coinche, de nains,de jungle speed, parfois passablement arroses, qui rendent les fins de thse plus faciles ouplus fatigantes selon les jours. Plus quenchant de vous connatre, monsieur la coreff saineau bide, monsieur l'anacoreff.

    Mohamed SAHABI, appel Momo dans lintimit dIFREMER ou plus officiellementM. Le Professeur dans les htels de Casablanca. Le jour o je lai vu, ce fut comme si je leconnaissais depuis longtemps. Ces nombreux sjours Brest, son travail dans lAtlantiqueCentral nous ont encore rapprochs. Mais attention ! il sarrte toujours au-dessus du plateaude Guine et refuse de mettre un pied dans locan Atlantique Equatorial

    Batrice PRAT : une grande amie de Daniel ASLANIAN, rencontre au Minou. Nous

    sommes devenues amies en regardant locan. Elle a assur un soutien lectronique ettlphonique tout au long de cette longue ligne droite de fin de thse qui nen finissait pas.Elle a partag mes doutes, mes angoisses, mes joies, jai partag les siennes. Ba, mercidavoir t l durant toute cette priode et merci d'avance pour les annes venir.

    Avec Daniel ASLANIAN, cest la capitale ou le Sud voire mme le Qubec qui sedplacent en Bretagne : merci vous Gonzo, Ba, Catherine, Doum, Pouneh, Renaud,Stphane, Valrie, Zo, The Duke - ce sont les parisiens -, Gilou, Martine et les enfants (Hugoet Lucas), Marie-Do, Chanchan, Bernard, Laurence et les enfants (Nicolas, La et Tho),Michel, Dominique et les enfants (Florian, Marion et Laura), Jean, Danielle - ce sont lessudistes - Julie, Louis-Pascal et Laurle - ce sont les qubcois -, Etienne et Coline - ce sont

    les bretons -, Barbara (ma seconde maman) - c'est l'angevine - pour tous ces moments de fte,dmerveillements et de fatigue que vous mavez apports tout au long de nos rencontres.Sans vous, la thse aurait t moins drle.

    Ces quatre ans, ce sont aussi les mercredis squash-bouffe chez Hugues, avec Jhanne, lepetit Damien, Christophe, Hlne, Isa, Herv, Marie-Laure et bien sr Daniel et Marina. Cesont les apros du vendredi soir la frgate avec Isa, Herv, Juan, Luis, Daniel, Marina, lesapparitions de Jean-Louis, Serge (Bern), Bruno (Savoye), Gilles (Lericolais) - pardonBabette et Isa de les avoir retenus si longtemps -, de Daniel (Bideau) ou de Nounours. Cesont les marchs du samedi matin St Renan, avec larrt obligatoire chez la Veuve Pochard,ou les marchs du dimanche matin avec le Menetou-Salon du bar de locan Brest. Ce sontaussi les sances nologie IFREMER avec Patrick Simon, de la cave de Bacchus, et une

    bande de joyeux picuriens rigolards. Mais cest aussi un ptit vin blanc sur le banc, en facede l'ocan, pour regarder le coucher de soleil on nest pas bien l, dcontract du banc

  • La vie IFREMER

    Ces 4 ans, cest aussi IFREMER. Paul BEUZART parle de lusine quand il parledIFREMER, je nen crois rien. Jai vcu quatre ans, dont un dernier long et difficile (septjours sur sept IFREMER), mais quelle dcouverte ! Les champignons, les coins siestes,ceux pique-nique, le passage quotidien de la carte, le coucou au gardien, le bureau, lecaf, la salle de dpouillement de gophysique. On a de la chance de travailler ici.

    Je voudrais remercier toutes les secrtaires : Babette SAVOYE (ma troisime maman),Nicole UCHARD, Jacqueline QUENTEL, Marie Michle PEDEL, Sylvia BARONE, Alison

    CHALM, qui savent si bien nous entourer. Et Martine MORVAN : une plus toute jeune bien sympathique.

    Je remercie aussi tous ceux qui ont gravit pendant un moment ou un autre autour de latable lumineuse de la salle de dpouillement. Tout dabord les disparus : le bavard LuisFIDALGO qui sen alla, il y a 2 ans, aprs sa soutenance de thse, la ptillante VivianeQUEFFURUS, la multinationale Frauke KLINGELHEFER, qui passa, une fois embauche,dans un bureau face la mer ; et puis les restants : le color Martin PATRIAT, la corseIsabelle CONTRUCCI, la petite Cynthia LABAILS, le grand Stphane ROUZO, parfoisMomo SAHABI ou Luis MATIAS (selon les priodes de lanne, celles de mars et septembretant gnralement plus favorables leur passage). Je noublie pas Juan BAZTAN (danslautre salle) qui finit dans les mmes temps que moi.

    Pardon tous ceux que jai embt nen plus finir : pardon Pascal PELLEAU (qui abeaucoup souffert, mais il est temps pour moi de le reconnatre : cest toi le plus fort), Martin PATRIAT (pas de chance pour toi : tu tais dans le bureau ct pour ma dernireanne de thse, il fallait bien que je passe mes nerfs sur quelquun), Daniel ASLANIAN(cest un des rare admettre quil aime bien que je lembte), Pierre VAGNER (ce nest pasjuste, il a fait du rugby ; il est, lui aussi, plus fort que moi), Matthieu GAUDIN (le nageurfou du goulet), Gilles LERICOLAIS, Herv NOUZE. Pardon, mais quest ce que ctaitbon de vous embter ! Jespre navoir pas trop t dsagrable avec vous. Vous embter,cest aussi un geste damiti.

    tous ceux que jai ctoys durant ces quatre annes IFREMER : Bruno et BabetteSAVOYE, Isa et Gilles LERICOLAIS, Isa et Serge BERNE, Benot LOUBRIEU, Jean-

    Franois et Cathy BOURILLET, Eliane LE DREZEN, Patrick FARCY, tous les marins deGENVAIR avec lesquels jai embarqu au cours des trois missions (merci J.-C. SIBUET, J.-P. REHAULT et P. FARCY) o jai eu la chance de participer durant ma thse (certainsmoments sont inoubliables mais irracontables), et tous ceux que j oublie, merci

    IFREMER, c'est aussi tous les stagiaires, les intechmeriens (les plus nombreux) et lesautres, qui rythment et remplissent notre vie durant les mois dt o les chercheurs (pas

  • tous) partent en transhumance vers le soleil et leau plus chaude : je pense plusparticulirement Olivier LE CORF, Estelle LEROUX, Mickael EVAIN, Luis JORDA...

    Je ne voudrais pas oublier non plus ceux qui sont dj la retraite, mais qui gardent un

    il attentionn sur nous. Je les connais peu ou indirectement, mais ils ont toujours manifest mon gard un lan de gentillesse que je voudrais aujourdhui leur rendre. MessieursR. HEKINIAN, D. NEEDHAM, & D. CARRE, je vous remercie de vos attentions. Trssincrement.

    Enfin, cest grce eux, si jai obtenu la bourse. Quoi quils en disent, je ne loubliepas. Merci J.-P. REHAULT, mon directeur de thse luniversit de Bretagne Occidentale, L. GELI et J.-C. SIBUET, les responsables et chefs de mission des campagnes ZAIANGOSMT et OBS, A. MORASH et B. SAVOYE, responsables du projet Zaango qui finana mabourse de thse.

    La vie

    Durant ces quatre ans, il y a bien sr laventure thse, mais il y a aussi celle du Minou :lachat de la maison, anciennement bar-htel du Minou, la rnovation (je me souviens de cettesemaine intense de travaux, coordonne de haute vole par le Professeur et le Duke de Paris.Quelle efficacit ! Et ne loubliez pas : la qualit, toujours la qualit !), louverture durestaurant le 3 juin 2002, et ses moments forts. Les 1001 Lunes , cest plus que notre caf-restaurant, cest Morgane et Pascal. Ils sont partis maintenant (la vie suit son cours), mais

    merci Morgane pour tes petits gestes qui me touchaient tant. Merci Pascal pour tous cesvendredis si diffrents des lundis.

    tous ceux croiss en route sur les bancs de la Fac et maintenant parpills aux quatrebouts du monde. Merci Steph, Flo, Jean-Eric, Julien, Eric, Arnaud, Ghislain, Anne, Elodie lablonde, Jean-Louis, Elodie la brune, Guillaume, Elodie, Fanny, Hlne, Prune davoirrussi rendre les tudes beaucoup plus amusantes.

    A mes parents, qui sans rien dire, mont pay mes tudes : jai voulu partir Brest, ilsmont emmen jusqu Brest ; jai quitt Brest pour Montpellier, ils mont emmen Montpellier ; jai obtenue une bourse de thse Brest, nous sommes revenus Brest. Je suissre que si javais demand aller voir Vierzon, nous y serions alls. Je nai pas t trsprsente pendant ces deux dernires annes ; je nai pas toujours t attentionne avec vous,

    parfois mme un peu brusque, mais je souhaite votre prsence par-dessus tout pour cettesoutenance. Merci pour tout, cest en grande partie grce vous si je suis l aujourdhui.Vous, mes parents, ma sur, mes grands-parents, ma famille, qui sans trop comprendre ce queje maniganais, mavez apport, tout au long de ce priple, un soutien constant.

    Mais elle est o Lulu la Nantaise ?

  • Et Musique :

    1001 Mercis :Renaud Schan (texte original)Daniel Aslanian (voix, plagiat)Renaud Lescieux (guitare)Marina Rabineau (suggestion de rimes approximatives)

    L'interprtation originale de cette chanson se droula le vendredi 28 novembre, tarddans la nuit, sur la scne mythique du "Rancho" devant un public connaisseur et combl.Merci.

    Maryline des blocs(sur l'air de en Cloque de Renaud, plagi par Daniel Aslanian)

    Le Bloc

    Elle a mis un bloc, peine bascul,En haut de la pente, tout seul.

    Avec son p'tit rejeu, et son ventailMoi il m'dit rien qui vaille

    Elle dit : c'est pas tout de les dessiner

    'Faudrait encore les observer Elle veut amincir avec un seul bloc :

    Moi j'ai peur qu'elle dbloque.

    La Pente Continentale

    Lorsque j'r'garde la gueule de l'amincissementsur les p'tits dessins qu'elle croque300 kilomtres sans un tirementJ'pense vraiment qu'elle se moque

    Dessous le moho qui remonte en cloqueen suivant la pente du socle

    sur une tendue large comm' un paddockJ'crois qu'elle devient toc-toc

  • La Crote Amincie

    Il lui reste alors, je l'avais prvenue mettre tous ces blocs en loque,

    une crote amincie qui n'en finit plusaussi chiante qu'une colloc'.

    Moi j'n'y comprends rien, elle s'inquite mme pasd'l'ampleur que prend son bta

    tous les fiers bras, les fls du soclevont en perdre leur monocle

    Le Conservatisme

    Bien sr elle rejette l'tirement en blocelle dit c'est un truc en toc

    Tout ce genre d'ides qu'elle soliloqueJ'suis encore sous le choc

    Mme le Wernicke, elle en dit du mal -r'passe-moi donc le gardnal -

    sous prtexte qu'en face, la marge homologuea une gueule analogue

    Les Modles

    Les conservatistes et leurs proslytesmoi je crains qu'ils suffoquent.

    Tous les modlistes, les bruns acolytes,ils vont srement perdre leur froc.

    Elle dit j'suis pas contre les analogiqueset les modles numriques

    mais ces grands calculs, sans gologie

    a frle la gab-egie

  • La Cinmatique

    Elle invoque en plus la cinmatiqueJ'vois dj la critique :

    Tous ces blocs qui bougent avec toute leur cliquec'est un truc de beatniks

    Elle dit c'est pas grave 'y'a qu' expliquerles fits et puis leur montrer

    que tous leurs modles ont des consquencesqui frisent la dmence

    The Modle

    Un tranglement, une crote amincieavec un volume qui change

    c'est pas que je bloque, mais j'sais l'inertiedes ides qu'on drange

    Elle dit c'est pas grave, y'a qu' inventerfaut pas t'faire du mauvais sang

    avec un para, dans un ocan,a devrait s'arranger

    La Crote Infrieure

    Elle dit l'infrieur n'est plus qu'il taitil est parti faire du rock

    avec son manteau pour se rchauffer J'crois qu'elle bat la breloque

    Si c'tait pas moi qui l'avais suivieDans ce petit brin de vie

    je me demanderai, comme les gars du SOC

    Si elle travaille pas du bloc.

  • Rsum : ____________________________________________________________

    Abstract : ____________________________________________________________

    Remerciements : ______________________________________________________

    Introduction ________________________________________________________1

    Objet dtude : la marge continentale passive_________________________________ 1

    Comment avons-nous abord les marges continentales passives __________________ 3

    I Chapitre I : Zone dtude Etat des lieux _______________________________9

    I.1 Rappel du contexte gnral _____________________________________________ 9

    I.2 Bilan des campagnes __________________________________________________ 9I.2.1 La sismique rflexion lgre :_______________________________________________ 11

    I.2.1.1 En Afrique _________________________________________________________ 11

    I.2.1.2 En Amrique du Sud__________________________________________________ 11

    I.2.2 La sismique rflexion lourde : ______________________________________________ 11I.2.2.1 En Afrique _________________________________________________________ 11

    I.2.2.2 En Amrique du Sud__________________________________________________ 11I.2.3 La combinaison sismique rflexion et rfraction : _______________________________ 12

    I.2.3.1 En Afrique _________________________________________________________ 12I.2.3.2 En Amrique du Sud__________________________________________________ 13

    I.2.4 Les modles gravimtriques : _______________________________________________ 13

    I.2.4.1 En Afrique _________________________________________________________ 13I.2.4.2 En Amrique du Sud__________________________________________________ 13

    I.3 Petit lexique ________________________________________________________ 13

    I.4 Histoire dduite des anciennes donnes __________________________________ 14I.4.1 Histoire Gnrale ________________________________________________________ 14

    I.4.2 Les problmes lis la phase de transition : ____________________________________ 15

    I.4.2.1 Chronologie de mise en place du sel______________________________________ 15I.4.2.1.1 Hypothse dun pre-breakup salt : _______________________________ 16I.4.2.1.2 Hypothse dun post-breakup salt :_______________________________ 16

    I.4.2.2 Les reconstructions cinmatiques au moment du dpt du sel : _________________ 19

    I.4.3 Marge volcanique contre marge non volcanique :________________________________ 19I.4.3.1 Dfinition __________________________________________________________ 20

    I.4.3.2 Exemple type : la marge du Groenland ____________________________________ 20

    I.4.3.3 Les marges de lAtlantique Sud : segment central ___________________________ 20

    II Chapitre II : Traitements de donnes _________________________________27

    II.1 Acquisition et Traitement des campagnes ZaAngo : ______________________ 27II.1.1 Les campagnes Zaango : le plan de position __________________________________ 27II.1.2 Rappel mthodologique___________________________________________________ 28

    II.1.2.1 Sismique rflexion ZaAngo SMT :______________________________________ 28

  • II.1.2.2 Sismique rfraction ZaiAngo OBS : _____________________________________ 28

    II.1.3 Acquisition ____________________________________________________________ 29II.1.3.1 Sismique rflexion ZaiAngo SMT :______________________________________ 29

    II.1.3.2 Sismique rfraction ZaiAngo OBS : _____________________________________ 30II.1.4 Traitement_____________________________________________________________ 30

    II.1.4.1 Sismique rflexion ZaiAngo SMT :______________________________________ 30

    II.1.4.2 Sismique rfraction ZaiAngo OBS : _____________________________________ 32II.1.4.2.1 Apports rfraction _______________________________________________ 32

    II.1.4.2.2 Problmes rfraction _____________________________________________ 33II.1.5 Comparaison de donnes__________________________________________________ 33

    III Chapitre III : Description des structures et rsultats ____________________37

    III.1 Vue densemble____________________________________________________ 37III.1.1 Cartographie __________________________________________________________ 37

    III.1.2 Sismique Rflexion _____________________________________________________ 39III.1.3 Sismique Rfraction_____________________________________________________ 40

    III.1.4 Sismique rflexion et rfraction ____________________________________________ 41

    III.2 Dtails sur les rsultats______________________________________________ 43III.2.1 Le Domaine Continental _________________________________________________ 43

    III.2.1.1 Zone I____________________________________________________________ 43

    III.2.1.2 Zone II ___________________________________________________________ 43

    III.2.2 Le Domaine Transitionnel ________________________________________________ 46III.2.2.1 Zone III __________________________________________________________ 46

    III.2.3 Le Domaine Ocanique __________________________________________________ 47III.2.3.1 Zone IV __________________________________________________________ 47

    III.3 Synthse__________________________________________________________ 48

    III.4 Apports Rflexion / Rfraction _______________________________________ 49III.4.1 Problmes ____________________________________________________________ 49

    III.4.1.1 Rflexion / Rfraction _______________________________________________ 49

    III.4.1.2 Rfraction_________________________________________________________ 51III.4.2 Apports ______________________________________________________________ 51

    III.5 Problme du sel____________________________________________________ 52III.5.1 Description ___________________________________________________________ 52

    III.5.2 Modle antrieurs : _____________________________________________________ 54III.5.3 Proposition de dpt ____________________________________________________ 54

    III.5.4 Problme du recouvrement : ______________________________________________ 57

    IV Chapitre IV : Cinmatique de locan Atlantique Sud ___________________61

    IV.1 Introduction ______________________________________________________ 61

    IV.2 Problmes inhrents lAtlantique Sud, solutions proposes et contraintesgologiques prendre en compte__________________________________________________ 61

    IV.2.1 Les zones de fractures et autres structures ocaniques ___________________________ 62IV.2.2 Les structures continentales _______________________________________________ 64

  • IV.3 Les modles initiaux plaques rigides : ________________________________ 64IV.3.1 Les modles synchrones : ________________________________________________ 64

    IV.3.2 Les modles diachrones :_________________________________________________ 65

    IV.3.3 Les modles de propagation : _____________________________________________ 65IV.3.4 Les problmes rencontrs : _______________________________________________ 66

    IV.4 Les modles avec dformation intraplaque :_____________________________ 67IV.4.1 Premire approche de la dformation intraplaque : _____________________________ 67

    IV.4.2 Deux coles pour la localisation de la dformation intraplaque : ___________________ 67IV.4.2.1 Dformation concentre en Afrique ____________________________________ 68IV.4.2.2 Dformation rpartie entre lAfrique et lAmrique du Sud _________________ 70IV.4.2.3 Les problmes poss ________________________________________________ 72

    IV.5 Tentative de fermeture de locan Atlantique Sud partir des dformationsintraplaques africaines __________________________________________________________ 73

    IV.5.1 Contrainte de locan Atlantique Equatorial __________________________________ 74IV.5.2 Dformations de lAfrique : contraintes gologiques et gophysiques_______________ 74

    IV.5.3 Recherche cinmatique de la dformation africaine_____________________________ 77IV.5.3.1 Premire tape de dformation : Afrique Nubie - Australe / Afrique de lOuest __ 77

    IV.5.3.1.1 tape 1 : mouvement dcrochant ___________________________________ 78IV.5.3.1.2 tape 1 : mouvement extensif _____________________________________ 78

    IV.5.3.1.3 tape 1 : mouvement compressif ___________________________________ 79

    IV.5.3.2 Seconde tape de dformation : Afrique Australe / Afrique de lOuest Nubie __ 80IV.5.3.2.1 tape 1 : mouvement dcrochant / tape 2 : mouvement dcrochant ________ 80

    IV.5.3.2.2 tape 1 : mouvement dcrochant / tape 2 : mouvement extensif __________ 81IV.5.3.2.3 tape 1 : mouvement extensif / tape 2 : mouvement extensif_____________ 81

    IV.5.3.2.4 tape 1 : mouvement compressif / tape 2 : mouvement extensif __________ 82

    IV.5.4 Notion et calendrier des phases ____________________________________________ 83IV.5.4.1 Test A ___________________________________________________________ 83

    IV.5.4.1.1 tape 1 : Albien - Aptien_________________________________________ 83IV.5.4.1.2 tape 2 : Aptien basal - Nocomien _________________________________ 84

    IV.5.4.2 Test B ___________________________________________________________ 85IV.5.4.2.1 tape 1 : Albien - Aptien_________________________________________ 85

    IV.5.4.2.2 tape 2 : Aptien - Nocomien _____________________________________ 85

    IV.6 Conclusions _______________________________________________________ 86

    V Chapitre V : Les modles damincissement _____________________________95

    V.1 Bilan des deux chapitres prcdents ____________________________________ 95V.1.1 Rsultats de la sismique __________________________________________________ 95

    V.1.1.1 La marge Angolaise _________________________________________________ 95V.1.1.2 La marge brsilienne _________________________________________________ 96

    V.1.2 Rsultats cinmatiques ___________________________________________________ 99

    V.2 Application des modles damincissement courant au systme Angola Brsil etimplications___________________________________________________________________ 99

    V.2.1 Application du modle de pure stretching____________________________________ 100

  • V.2.1.1 Modle initial de McKenzie (1978)_____________________________________ 100

    V.2.1.2 Modle initial de Wernicke (1985) _____________________________________ 101V.2.1.3 Historique de ces modles dans locan Atlantique Sud _____________________ 101

    V.2.2 Consquences des modles avec conservation de volume sur la cinmatique _________ 102V.2.2.1 Rsultats de modlisation (Dupr, 2003)_________________________________ 103

    V.3 Modle propos, bas sur les observations rcentes des campagnes Zaiango __ 104V.3.1 Comparaisons avec dautres marges tudies : ________________________________ 107

    V.3.1.1 Golfe de Suez (Montenat et al.,1988) ___________________________________ 107V.3.1.2 Marge du Gabon (Dupr, 2003)________________________________________ 108

    V.3.2 Consquences _________________________________________________________ 108

    V.3.2.1 Modles rosifs (dits aussi thermo-mcaniques convectifs) __________________ 109V.3.2.2 Modles mtamorphiques ____________________________________________ 110

    V.3.2.3 Autres modles ____________________________________________________ 110V.3.2.3.1 Flux ductile dorigine gravitaire ___________________________________ 110

    V.3.2.3.2 Fusion Partielle ________________________________________________ 111

    Conclusions, incertitudes et perspectives________________________________115

    Conclusions __________________________________________________________ 115

    Incertitudes et Perspectives _____________________________________________ 117

    Rfrences bibliographiques : ________________________________________123A ________________________________________________________________ 123

    B_________________________________________________________________ 123C_________________________________________________________________ 126

    D ________________________________________________________________ 128

    E_________________________________________________________________ 128F_________________________________________________________________ 129

    H ________________________________________________________________ 131J _________________________________________________________________ 132

    K ________________________________________________________________ 132

    L_________________________________________________________________ 133M ________________________________________________________________ 134

    N ________________________________________________________________ 136O ________________________________________________________________ 136

    P_________________________________________________________________ 136R_________________________________________________________________ 137

    S_________________________________________________________________ 138

    T_________________________________________________________________ 139U ________________________________________________________________ 140

    V ________________________________________________________________ 140W ________________________________________________________________ 141

    Y ________________________________________________________________ 142Z_________________________________________________________________ 142

  • The deep structures of the West African Margin between 5S and 8S : geologicalconstraints based on reflexion and refraction seismic data___________ ___________144

    Deep structures of the West African continental margin (Congo, Zare, Angola),between 5S and 8S, from reflection / refraction seismic and gravity data_____________176

  • ____________________________________

    Introduction

  • Introduction

    ____________________________________1

    Introduction

    Le sujet principal de cette thse concerne les marges continentales passives.

    La marge continentale est une zone dimpact humain trs importante, avec lesactivits ctires comme la pche, la gestion du littoral et limplantation humaine. C'est aussile lieu privilgi de transfert sdimentaire entre le continent et locan : leur tude permetdonc dtudier les mcanismes sdimentaires actifs sur la marge tels que les processus de

    dpt et de transfert du continent au bassin profond et les liaisons entre sries sdimentaires etvariations climatiques. C'est galement le lieu dexploitation des minerais pour lextraction desable, graviers ou diamants qui dpend de la limite de la zone conomique exclusive (ZEE)1.Cest aussi et surtout une zone conomique primordiale pour lindustrie ptrolire, la margeconstituant la zone principale daccumulation des roches mres et des rservoirsdhydrocarbures.

    Depuis un quart de sicle, le problme de leur gense, associ celui des processusdamincissement et de l'volution thermique, est lobjet de nombreux travaux sur toutes lesmarges continentales passives du monde entier. Cependant, un certain nombre de questionssouleves ds les premiers modles damincissement publis restent encore sans rponseclaire.

    Cette thse na pas la prtention de proposer un nouveau modle physique deformation des marges continentales passives. Son but consiste donner aux modlisateurs lesobservations gologiques quil nous parait primordial dintgrer dans de nouveaux modlesde formation des marges continentales passives.

    Objet dtude : la marge continentale passive

    Une marge continentale passive est lendroit o seffectue le passage entre la crotecontinentale typique de nature essentiellement granitique et la crote ocanique de naturebasaltique. Dans cette zone, la crote continentale typique voit son paisseur diminuer de3035 km 5 km. Cette dfinition est aussi valable pour les bassins intracontinentaux. Ladiffrence entre les marges et ces bassins sdimentaires provient du fait que sur les marges,lamincissement se termine par la rupture lithosphrique et la mise en place de laccrtion

    ocanique.

    Les marges sont aussi et surtout des zones de frontire de plaque, des marqueursimportants des principaux mouvements cinmatiques et vnements gologiques majeurs delhistoire de la Terre.

    1 Lextension actuelle de cette limite engendre un fort engouement conomique.

  • Introduction

    ____________________________________2

    Ce sont d'anciennes chanes de montagne2 : sauf quelques rares exceptions od'anciens cratons sont recoups, tels que la marge du Labrador (Canada) et le Golfe deGuine, les cassures s'effectuent sur les anciennes sutures, contournant les cratons plusanciens.

    Si les ruptures s'effectuent sur d'anciennes sutures, il est essentiel de s'intresser auxorognes actuels pour connatre le matriau dans lequel vont se former les marges. La figure 1montre une coupe travers les Alpes occidentales. Elle met en vidence 1) une extrmehtrognit de la crote continentale ainsi constitue ; 2) la prsence de roches mantelliquesintrudant la crote ou l'affleurement ; 3) ct de grands chevauchements (rampes) faiblependage, l'existence quasi-permanente de grandes failles presque verticales juxtaposant desterrains de nature trs diffrente. Il est essentiel, lors de l'tude du processus de rupture de

    conserver l'esprit cette htrognit et ces discontinuits verticales.

    Ces cassures ne sont pas synchrones et ont des dures variables (fig. 2) : sur la cartedune reconstruction permo-triasique (~ 250 Ma), Olivet & Aslanian (indit) montrent lesgrandes phases tectoniques de lhistoire du globe depuis le dbut de rupture de la Pange. LaPange est forme, lors de la fermeture du Iaptus, par l'agrgation de deux mga-continentsentre 300 et 200 Ma : le Gondwana3 et la Laurasia4. La chane dite caldono-hercynienne estla trace de cette collision. Ds 200 Ma (Trias Jurassique), on observe les premiers signes dedistension qui marquent le dbut de la rupture de la Pange5.

    Cette premire rupture se localise entre le Gondwana et la Laurentia (actuellemententre la marge Nord africaine, depuis le Maroc jusqu Dakar, et lAmrique du Nord).Durant la mme priode, se produit une seconde cassure lintrieur du Gondwana (qui

    spare lAfrique orientale actuelle dun ensemble Australie / Antarctique / Madagascar / Inde)(fig. 2). Le contexte douverture de cette premire gnration de marges est trs diffrent dansces deux ruptures : dans le premier cas, on passe immdiatement de la collision unprocessus de rupture ; dans le second cas, il faut attendre 330 Ma entre la fin de lorogensepanafricaine (550 Ma) et le dbut de la distension.

    De nouveaux bouleversements importants se produisent au Crtac (120 Ma) quimarquent le dbut dune seconde gnration de phnomnes distensifs6 (fig. 2). Le dbut decette seconde phase correspond lanomalie M0 qui borde la zone dite magntiquement

    2 Rciproquement une chane de montagne est aussi une ancienne marge passive.3 Le Gondwana est le rsultat de l'assemblage de cratons (gs dun milliard dannes) lors de l'orogne

    panafricain. Cet assemblage sachve 550 Ma et produit les chanes panafricaines qui ceinturent ces cratons. Il

    regroupe lAntarctique, lAustralie, lInde, Madagascar, la pninsule Arabique, lAmrique du Sud et lAfrique.4 La Laurasia reprsente la compilation de la Laurentia, mga continent regroupant toute lAmrique du Nord, et

    les plaques Baltica et Angara.5 Dans le mme temps, la bordure pacifique du Gondwana et de la Laurentia fonctionne dj en subduction.6 Cette seconde gnration de marges concerne ds 140 Ma, le Gondwana, avec une rupture entre lAfrique et

    lAmrique du Sud au Sud de Walvis, ainsi quentre les Falklands et la marge du Mozambique.

  • Introduction

    ____________________________________3

    calme, sans renversement de polarit du champs magntique jusqu 84 Ma (Anomalie C34)7

    (fig. 3). LAtlantique Sud s'ouvre et les ruptures entre lInde et Madagascar, entre leGroenland et lAmrique du Nord, ainsi quentre lAustralie et lAntarctique se mettent enplace. En mme temps, de nombreux bassins sdimentaires lintrieur des continents secrent : par exemple le bassin du Niger ou de Reconcavo (au Brsil).

    Enfin, on observe une dernire gnration de marges dge tertiaire au niveau de laMer Rouge, du Golfe dAden, ou en mer de Norvge (entre la Sibrie et le Spitzberg) (fig. 2).

    La marge ouest africaine est donc une marge de seconde gnration, qui souvre lorsde la seconde phase distensive au Crtac ( partir de 140 Ma au sud). Elle dcoule desstructures de lorogense panafricaine (date 550 Ma). Il faut donc attendre 400 Ma pouravoir une ractivation des structures. Les marges conjugues de lAtlantique Sud sintgrent

    dans lchelle globale dobservation des marges, elles reprsentent un segment que lon peutcomparer lAtlantique Central ou lAtlantique Nord. Mais lintrieur du segmentAtlantique Sud, il est encore possible de diffrencier quatre grands segments (fig. 4) :

    Le segment quatorial, intracratonique, scell par des accidents ant-palozoques,dont la limite sud est la marge transformante Cte dIvoire - Ghana. Lge de locanisationest suppos dater de lAlbien terminal (Blarez, 1986 ; Gouyet, 1988).

    Le segment central entre la fosse de la Bnou et le systme Walvis - Rio-Grande, est caractris par lexistence des bassins vaporitiques dge aptien. Locanisationest post-M0, mais se situe dans la priode magntiquement calme, ce qui rend impossibletoute datation. Ce segment est aussi appel segment tropical (Popoff, 1988).

    Le segment sud entre le systme Walvis-Rio-Grande et les Falklands, sonocanisation est dat pr-M0 (Rabinowitz & LaBrecque, 1979), mais elle est mal dtermine.En effet, la dtermination des anomalies magntiques est controverse. Popoff (1988)dnomme ce segment : segment austral.

    Le segment Malouines, il est prsum dbuter M10 (131 Ma). La situationgodynamique est plus difficile dans ce segment puisque la dorsale sud-ouest indienne se relie la dorsale atlantique, il existe en plus une dorsale fossile.

    Comment avons-nous abord les marges continentales passives

    Deux approches permettent actuellement dtudier les marges continentales passives

    7 Les ges sont issus dune compilation (Fidalgo Gonzles, 2001) (fig. 3), pour la partie stratigraphique, pour les

    sources utilises sont Gradstein et al. (1994) (Msozoque) et Berggren et al. (1995) (Cnozoque) ; pour les

    inversions magntiques, Gradstein et al. (1994) (Msozoque) et Cande et Kent (1995) (Cnozoque).

  • Introduction

    ____________________________________4

    La premire approche est base sur les enregistrements sdimentaires (carottes, puits,sismique, bathymtrie) qui nous permettent de retracer et de dater les grands vnementsqui affectent lhistoire dune marge (via par exemple les discordances) et de comprendrecomment se dveloppe le transfert sdimentaire entre le continent et locan

    La seconde approche est base sur les images sismiques de grande pntrationpermettant dobtenir une image la plus dtaille possible de la gomtrie de la crote et dumanteau (et non plus exclusivement des sdiments). Cette approche sintresse laspectstructural cherchant comprendre les mcanismes ou processus invoqus lors de la formationdes marges continentales passives.

    Nous avons abord un exemple de marge continentale passive, la marge angolaise, partir de ces deux approches, en y ajoutant l'aspect cinmatique qui contraint les mouvements

    horizontaux.

    Le travail a consist, en premier lieu, tudier la structuration dune margecontinentale passive, partir de donnes de sismique rfraction et rflexion. La sismiquerfraction nous a fourni une gomtrie de la crote, alors que la sismique rflexion nousinforme sur les mouvements possibles au cours de lvolution de la marge. Les problmesdamincissement des marges impliquent leur tour des problmes dordre cinmatique. Pourles contraindre, nous nous sommes donc intress aux reconstructions cinmatiques initialesde locan Atlantique Sud. Pour cela, nous avons d tenir compte de la cinmatique delocan Atlantique Equatorial et de la dformation intraplaque africaine et sud-amricaine.Tous ces dtours constituent les lments d'un puzzle : celui de la formation des margescontinentales passives de locan Atlantique Sud.

    Le manuscrit a subsquemment t labor en 5 chapitres :

    Le chapitre I offre un rapide tat des lieux du segment central de locan AtlantiqueSud, depuis les campagnes ralises jusqu lhistoire gologique des marges du segmenttudi. Un point a t discut en prambule, sur les problmes lis la phase de transition desmarges ouest africaines et sur la nature volcanique ou non du segment.

    Le chapitre II prsente les diffrents aspects techniques et traitements raliss surles donnes Zaango de sismique rflexion et rfraction, ainsi quune comparaison avec desdonnes conventionnelles de type ptrolier, pour en connatre les diffrences.

    Le chapitre III montre les rsultats caractristiques de la marge obtenus partir delinterprtation des donnes de sismique rflexion et rfraction. Les descriptions et lesrsultats sont dabord prsents en carte puis en coupe. Chaque domaine est alors repris

    sparment. Nous montrons ensuite les limites de notre interprtation partir des outilsutiliss ainsi que les amliorations apportes sur la structure de la marge par ces derniers.Nous discutons enfin plus particulirement des conditions de dpts du sel qui offrent unecontrainte palo-gomtrique forte dans lvolution de la marge.

  • Introduction

    ____________________________________5

    Dans le chapitre IV, nous abordons le problme cinmatique de locan AtlantiqueSud. Le chapitre commence par une synthse sur les principaux modles de reconstructionsdans locan Atlantique Sud, qui montre les grandes tapes de pense dans la comprhensionde la cinmatique de lAtlantique Sud. Puis nous intgrons lide dune dformationintraplaque africaine et nous testons ses consquences sur la fermeture de la lacune dusegment central. Ces tests sont dabord raliss de manire gomtrique, afin de connatre lesmouvements possibles ; cest seulement partir du chapitre IV.5.4, que nous abordons leproblme du polyphasage de cette dformation. Enfin, pour contraindre vritablement lareconstruction, nous proposons un nouveau ple pour la fermeture Amrique du Sud / Afriquequi tient compte de toutes les contraintes gologiques et gophysiques.

    Enfin, dans le chapitre V, nous tenons compte des contraintes structurales etcinmatiques obtenues prcdemment pour tester les consquences induites par les modlesde formation des marges. Au final, nous proposons un modle dvolution de la marge quisappuie sur des donnes observes en surface et sur les quantits de mouvement autorisespar la cinmatique.

  • Chapitre I

    Zone d'tude : Etat des lieux

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________9

    I Chapitre I : Zone dtude Etat des lieux8

    I.1 Rappel du contexte gnral

    Notre zone dtude se situe sur la marge Ouest africaine, la frontire entre le Congo, leZare, lAngola et le Cabinda (province rattache lAngola) (fig. I-1). Les bassinssdimentaires inventoris par le projet ZaAngo9 sont le bassin du Bas Congo (au Nord) et leNord du bassin de Cuanza (au Sud) la fois dans le domaine de lonshore10 et de loffshoreprofond11, entre les latitudes 5 S et 8,5 S, depuis le Congo jusqu lAngola. Le bassin de

    Cuanza stend sur 320 km de large environ vers lOuest, soit une superficie de 22000 km2

    entre lisobathe 200 m et la limite prsume de la crote ocanique. Le bassin du Bas Congostend du Gabon jusqu lAngola et sur 250 km de large ; il est limit au Nord par lperonde Mayumbe et au Sud, par larche de dAmbrizete. Ltude explore principalement le bassindu Bas Congo. Lhomologue exact de la marge tudie par la campagne ZaAngo se situedans le bassin dEsperito Santo ; il nexiste pas de donnes dans cette zone, car la marge estrecouverte par une couche de volcanisme dge Eocne (Abrolhos Bank) actuel (ridevolcanique de Vitoria Trindade) (fig. I-2).

    Ces bassins appartiennent une srie de bassins msozoques, qui se sont dvelopps dsle Jurassique Suprieur (159,4 144,2 Ma12), entre le Gabon et lAngola, et dont lvolutiontectono-sdimentaire est comparable celles des bassins Est-brsiliens (Franks & Nairn,

    1973, Ponte & Asmus, 1976) (fig. I-2). Le dveloppement structural de ces bassins estintimement li louverture de locan Atlantique Sud et la sparation des continents sudamricain et africain. Les grandes diffrences entre ces bassins marginaux du segment centralsont lies aux taux de subsidence, plus importants au Sud quau Nord (Curie, 1984).

    I.2 Bilan des campagnes

    Ces bassins crtacs (africains et brsiliens) sont dune importance conomique capitaledans le domaine ptrolier. Ils reprsentent 5 % de la production mondiale. Linvestigationdbute ds 1800 dans les volumineux bassins dasphaltes, mais les premires dcouvertesptrolires productives nont lieu qu partir de 1941 au Brsil (bassin de Reconcavo) et 1955

    8 Ce chapitre a t corrig en partie, Votsi, sur lle dAlomnisos, en Grce, les 7 - 8 juin 2003.9 Le projet ZaAngo (Zare Angola) est un projet scientifique pluridisciplinaire (sdimentologie, avec ltudedu systme turbiditique du canyon sous-marin du Zare, gotechnique, gophysique, avec ltude des hydrates de

    gaz et gologique, avec ltude des structures profondes) ralis en collaboration entre IFREMER et Elf.10 Le domaine onshore en jargon ptrolier concerne tout le domaine terre.11 linverse, le domaine offshore profond concerne tout le domaine hors plate-forme, depuis la pente jusquaux

    plaines abyssales.12 Les ges sont issus dune compilation (Fidalgo Gonzlez, 2001) (cf. fig. 2), pour la partie stratigraphique, pour

    les sources utilises sont Gradstein et al. (1994) (Msozoque) et Berggren et al. (1995) (Cnozoque) ; pour les

    inversions magntiques, Gradstein et al. (1994) (Msozoque) et Cande et Kent (1995) (Cnozoque).

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________10

    en Afrique (Champ Benfica, dans le bassin de Cuanza en Angola). La premire grandedcouverte se produit en 1958 dans le delta du Niger. Ensuite, viennent les premiresexplorations en eaux profondes au Brsil dabord (en 1984, dans le bassin de Campos), puisen Afrique (dans le bassin du Bas-Congo, en 1994). La plus grosse production ct africainconcerne le delta du Niger (au Nigeria), suivie de celle en Angola. Du ct amricain, cest leBrsil avec le bassin de Campos qui reprsente la plus grosse production (Cameron et al.1999).

    Lintrt conomique a engendr une exploration systmatique des marges de la part delindustrie ptrolire. En Afrique, comme au Brsil, il existe des grilles sismiques de 5 km * 5km et de nombreux blocs 3D, depuis les zones de fracture quatoriales jusquaux rides Walvis Rio Grande. Les industries ptrolires (Ptrobras13 au Brsil et de nombreuses compagnies

    en Afrique) dtiennent la majeure partie des donnes sismiques. De ce fait, lacquisition dedonnes de type universitaire est rendue difficile compte tenu des problmes deconfidentialit et dexclusivit des permis. Nous pouvons nanmoins distinguer 4 grandstypes de donnes accessibles pour la recherche (fig. I-3 (en Afrique) et I-4 (en Amrique duSud)) :

    La sismique rflexion lgre : surtout utilise dans les annes 60 70. La sismique lourde, apparue vers la fin des annes 80 (en Afrique). Au

    Brsil, ce type de donnes est sous contrle industriel : seules deux coupesrgionales14 sont publies (dans le bassin de Sergipe Alagoas (Mohriak etal., 1998)).

    La combinaison rflexion/rfraction nexiste quen Afrique. Au Brsil, lescampagnes de rfraction datent des annes 70 et sont ralises partir deboues flottantes (cf. chapitre I.2.3.1).

    Les modles gravimtriques existent sur les deux marges. Au Brsil, ilsreprsentent la part majeure des informations sur la structure profonde (part deux coupes rgionales publies).

    Nous allons maintenant revenir en dtail sur ces quatre types de donnes. Nouspouvons dj signaler que les donnes publies sont plus nombreuses et plus prcises du ctafricain.

    13 Ptrobras est la compagnie nationale brsilienne dexploration du ptrole. Elle dtenait le monopoledexploitation des permis ptroliers dans les eaux brsiliennes depuis 1953, mais deux dcrets, en 1995 et 1997,

    ont ouvert le march la concurrence trangre.14 Des zooms sur des profils de grande pntration sont aussi publis dans la littrature, ils chantillonnent

    gnralement les zones de plate-forme (par exemple dans le bassin de Campos, (Mohriak & Dewey, 1987) ou de

    crote ocanique, il existe peu de donnes dans le domaine transitionnel ou sur la pente continentale.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________11

    I.2.1 La sismique rflexion lgre :

    I.2.1.1 En Afrique

    Elle fut utilise principalement au dbut des annes 70, lors des premires campagnesde reconnaissance gnrale sur les marges par les grands instituts ocanographiques :IFREMER (campagne Walda), 1971 ; Woods Hole, 1972 ; Universit du Texas, 1979. Ledispositif de ces campagnes consistait en une succession de profils perpendiculaires la

    marge, largement espace (entre 100 200 km) (fig. I-3). La sismique lgre permettait devoir jusquau toit de la crote ocanique et parfois jusqu la base du sel Aptien. Aucuneinformation sur les sries syn-rift nest disponible dans ce jeu de donnes.

    I.2.1.2 En Amrique du Sud

    Comme en Afrique, la sismique lgre fut utilise ds 1966, par les grands

    instituts ocanographiques (IFREMER, Lamont-Doherty, Univ. du Texas) pour descampagnes de reconnaissance gnrale (fig. I-4). Les campagnes sont principalement situesdans les bassins de Campos et Santos, et disperses en une srie de profils radiaux dont lecentre est situ prs de la ville de Rio de Janeiro. Il existe peu de profils sur la marge Nord etsur la marge Est-brsilienne au Nord de la ville de Campos. La sismique lgre permetdobserver jusqu la base du sel et le toit de la crote ocanique. Il existe aussi une multitudede profils ptroliers accessibles (fig. I-4, en noirs) situs principalement sur la plate-forme.

    I.2.2 La sismique rflexion lourde :

    I.2.2.1 En Afrique

    Les moyens techniques ont permis aprs les annes 80 damliorer la pntration desondes sismiques en profondeur. Il existe une seule campagne de ce type sur la marge africainede lAtlantique Sud : la campagne P.R.O.B.E. (Proto Rift Ocean Basin Evolution, 1989) aularge du Gabon qui montre des images claires de la crote et du Moho, ainsi que des sriesant-salifres (Rosendahl et al., 1991). Le signal sismique est identifi jusqu 10 std. Il existeaussi des coupes publies dans la littrature (issues de donnes ptrolires) qui donnent uneinformation des structures sous le sel, dans la zone de plate-forme exclusivement (Gyrgy

    Marton et al., 2000).

    I.2.2.2 En Amrique du Sud

    Il existe deux coupes rgionales publies dans la littrature qui offrent une image de lastructure profonde. Ces coupes proviennent de donnes ptrolires. Le reste des informationssur la structure profonde, dtenu par les ptroliers, est confidentiel. La coupe la plus connueest publie par Mohriak et al. (1998), dans le bassin de Sergipe Alagoas (le profil 239-RL-

    343) (fig. I-5) dont nous prsentons les interprtations plus en avant dans ce chapitre (cf.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

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    chapitre I.3.3.3). Le profil offre sur 100 km une image claire des sries sdimentaires,cependant malgr un signal identifi jusqu 9-10 std., limage des structures profondes est demoins bonne qualit. Abreu (1998) a aussi publi des lines drawing chantillonnant lastructure profonde sur la marge dans le bassin de Pelotas.

    I.2.3 La combinaison sismique rflexion et rfraction :

    I.2.3.1 En Afrique

    Les premires donnes de rfraction datent des annes 70. Il sagissait dune sriedexpriences ralises partir de boues flottantes15, contemporaine de lacquisition de lasismique lgre (comme sur la campagne Walda, par exemple (Pautot et al. 1973, Mascle etal. 1973). Dans les annes 80 90, les rsultats de rfraction proviennent de donnes ESP16.Wannesson (1991) a publi une coupe de rfraction dans le bassin Sud Gabon, partir dedonnes ESP ptrolires. la fin des annes 90, les campagnes rfraction sont ralises avecdes OBS17. Les campagnes Zaango SMT et OBS sont les seules campagnes, dans le segmentcentral, qui combinent les mthodes de sismique rflexion et sismique rfraction OBS. Unecampagne similaire fut acquise au Sud de la ride de Walvis (Bauer et al., 2000). Cettedernire est forme de deux profils, alors que la campagne Zaango est constitue dun rseaude profils afin dobtenir des contrles aux croisements, aussi bien en rflexion quen

    rfraction.

    La prcision obtenue sur la gomtrie partir des donnes OBS est trs suprieure celle obtenue partir des boues flottantes ou des ESP. Les OBS permettent unchantillonnage continu des vitesses, alors que les ESP ou les boues flottantes donnent desinformations ponctuelles spares de sur lensemble du profil.

    15 Les boues flottantes furent les premiers instruments utiliss en rfraction marine pour mesurer les vitesses de

    propagation des ondes. Elles taient jetes en pleine mer, quipes dun hydrophone, dun enregistreur et dunmetteur radio. Les enregistrements sismiques taient ensuite transmis par radio aux navires jusqu des

    distances de 40 km. On effectuait ainsi un rapide enregistrement de sismique rfraction en tir direct

    exclusivement (le tir inverse permet normalement de confirmer la vitesse en cas de pente). La fiabilit desmesures tait cependant alatoire du fait de la drive de la boue en prsence de vent ou de courants.16 LESP (Expanding Seismic Profile) est une mthode de rfraction utilise encore rcemment jusqu la fin desannes 90. Elle est consiste de deux bateaux qui sloignent dans des directions opposes paralllement la

    marge et perpendiculairement au profil de rflexion. Lun possde une source et un rcepteur, lautre juste unrcepteur. Ils enregistrent conjointement les tirs du bateau source. La trajectoire des navires permet denregistrer

    les arrives de rfraction et de rflexion grand angle sur des distances plus grandes compare la longueur dune

    flte de sismique rflexion (~ 5 km). LESP permet lobtention de vitesses moyennes au centre du dispositif,situ lintersection avec le profil rflexion. Cette mthode suppose que les structures gologiques sont

    cylindriques et parallles la marge.17 Les OBS (Ocean Bottom Sismometer) sont des instruments denregistrement dondes placs au fond de leau.

    Sur la campagne Zaango OBS, deux types dinstruments ont t utiliss : des OBS qui enregistrent les trois

    composantes de londe et des OBH (Ocan Bottom Hydrophone) qui nenregistrent que la composante verticale.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________13

    I.2.3.2 En Amrique du Sud

    Il existe trois expriences de sismique rfraction ct brsilien, dans le bassin deCampos. Elles datent de 1969 (Ewing et al.), 1971 (Leyden et al.) et 1977 (Kowsmann et al.).Il sagit aussi dexpriences ralises partir de boues flottantes. Sur la marge brsilienne(entre le bassin de Sergipe Alagoas et de Campos), il nexiste aucune campagne combinant lasismique rflexion et rfraction, ni de campagne de rfraction ralise partir de donnes

    OBS.

    I.2.4 Les modles gravimtriques :

    I.2.4.1 En Afrique

    En Afrique, il existe diverses tudes gravimtriques. Ces tudes tentent de reproduireles anomalies gravimtriques lair libre en modlisant une certaine paisseur de crote et de

    sdiment caractristique de la marge. Gnralement lpaisseur sdimentaire est connue, etlon recherche lpaisseur de la crote. Diffrents modles gravimtriques ont t proposspour les bassins du Sud Gabon et du Bas Congo (Karner et al., 1997, Watts & Stewart, 1998,Pawlowski, 1999, Wilson et al., 2003, Dupr et al., 2003, Dupr, 2003, Lucazeau et al.,2003). Ces modles contribuent llimination de certaines hypothses sur la gomtriecrustale, mais seule la combinaison sismique rflexion rfraction et gravimtrie permettentdobtenir une gomtrie rellement contrainte.

    I.2.4.2 En Amrique du Sud

    Les sismiques rflexion lourde et rfraction faisant dfaut (et/ou tant toujours sousmonopole industriel), linformation sur la structure profonde brsilienne provientprincipalement de modles gravimtriques que ce soit pour la marge Nord-Est brsilienne(Gomes et al., 2000), le bassin de Sergipe et son homologue terrestre Tucano (Ussami et al.,1986 ; Castro, 1987 ; Mohriak et al., 1998 ; Karner & Driscoll, 1999 ; Mohriak et al., 2000 ) ou pour le bassin de Campos (Mohriak & Dewey, 1987 ; Mohriak et al., 1990).

    La comparaison effectue entre les modles gravimtriques et les modles derfraction dans le chapitre III.5.1.2 montrera avec quelle fiabilit ces donnes doivent treconsidres.

    I.3 Petit lexique

    Quelques termes employs dans la littrature sur les marges continentales passivespeuvent entraner certaine msinterprtation. Cest, en particulier le cas pour : rift, drift, pr etpost-breakup.

    Les mots rift et drift sont associs deux phases quasi-conscutives :

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________14

    - rift reprsente celle durant laquelle se produit lamincissement continental etavant que ne se produise la rupture lithosphrique

    - drift est associe la phase dexpansion ocanique postrieure la rupturelithosphrique.

    Dans locan Atlantique Sud, il existe une phase de courte dure (< 5 Ma) entre cesdeux dernires, durant laquelle se dpose le sel, il sagit de la phase de transition.

    Le terme breakup dsigne, quant lui, une limite. Selon les auteurs, cette limitedsigne :

    - la fin de lactivit tectonique dans la crote continentale- le moment de la rupture lithosphrique

    Son ge peut donc diffrer selon les auteurs et reprsenter soit la fin du rift, soit la fin

    de lactivit tectonique.

    I.4 Histoire dduite des anciennes donnes

    I.4.1 Histoire Gnrale

    partir des rares donnes universitaires et des quelques donnes (sismique, puits)publies par lindustrie ptrolire, exclusivement sur la zone de plate-forme18 ; lhistoire desmarges Sud Atlantique est suppose se drouler en deux pisodes (fig. I-6) :

    Un pisode rift associ la dchirure continentale durant lequel la crote samincit.Dans cet pisode qui concerne la dchirure continentale, trois sous-pisodes sont reconnus.

    Un pisode pr-rift constitu de sdiments fluvio-lacustres, dats du Carbonifreinfrieur au Trias Jurassique.

    Un pisode syn-rift I forte activit tectonique associ un remplissage composde conglomrats, de clastiques et dargile. Lactivit tectonique est dcrite endeux phases, une phase dextension crant les failles et une phase de structurationcrant les grands panneaux basculs. Cet pisode est scell par la formationPointe-Noire, qui forme une discordance avec les dpts postrieurs. Laformation Pointe-Noire est suppose tre intra-barrmienne (Teisserenc &Villemin, 1990 ; Vernet et al., 1996). Cet pisode dure du Nocomien au milieudu Barrmien (131 116 Ma19).

    Un pisode syn-rift II qui est associ une faible activit tectonique dans lesgrands panneaux basculs dfinis prcdemment. Dans le domaine offshore, cetpisode concide avec louverture dun bassin marquant le dplacement du

    18 Lhistoire de la formation des marges africaines est extrapole (structure et lithologie) depuis les

    connaissances acquises sur la plate-forme (o linformation est contrainte) jusqu la limite prsume de lacrote ocanique. Il nexiste aucun contrle dans le bassin profond (ni forage, ni sismique profonde dexcellente

    qualit) pour corroborer ces extrapolations.19 Les ges proviennent des ges de Van Eysinga (1971), in Reyre (1984).

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________15

    maximum de subsidence vers lOuest, par exemple le bassin Dentale au Gabon(Vernet et al., 1996). Cet pisode est compos de sdiments lacustres : argiles,grs et carbonates, dposs depuis le milieu du Barrmien lAptien (124 117Ma). Il est scell par le premier dpt dinfluence marine : la Chela , de faiblepaisseur.

    Un pisode drift postrieur locanisation, cest--dire la rupture entre les deuxcontinents. La sdimentation, carbonate puis essentiellement dtritique, conduit dabord laformation dun prisme daggradation ; elle se transforme ensuite vers la limite Eocne -Oligocne en une sdimentation dominance clastique terrigne, avec une morphologie enclinoformes progradants (Sranne et al., 1992) (fig. I-7).

    Le passage entre les pisodes rift et drift correspond une phase de transition dont

    les limites sont controverses et durant laquelle se dpose le sel (cf. chapitre suivant). Il sedpose moins dun kilomtre de sel (Teisserenc & Villemin, 1990) durant lAptien (entre 112et 117 Ma20). Au Brsil, deux cycles vaporitiques ont t observs (Ojeda, 1982). Le premier(Paripueira) se dposerait lAptien inf. dans la partie la plus distale de la marge, o lesvaporites nont jamais t fores. Le second cycle (Ibura) se dposerait lors de la secondephase transgressive lAptien sup. prs de la plate-forme. Les deux cycles sont spars parune paisse srie clastique que lon retrouve dans tous les bassins brsiliens (exception dubassin de Sergipe Alagoas, o les deux sries salifres se superposent). La distinction, entreles deux formations salifres, dposes dans des environnements diffrents sur la margeindique deux phases de transgression marine lAptien de niveau marin diffrent (Ojeda,1982).

    I.4.2 Les problmes lis la phase de transition :

    Il existe deux problmes reconnus lis la phase de transition : la chronologierelative du sel et les consquences cinmatiques. La datation relative est importante pour lesreconstitutions cinmatiques21 ainsi que pour nous aider comprendre lvolution thermiquede la marge.

    I.4.2.1 Chronologie de mise en place du sel

    Lge de la premire accrtion ocanique ntant pas connu (priode magntiquecalme du Crtac : cf. chapitre IV), la datation relative du sel qui en dcoule nest pasdtermin. Le sel sest-il dpos avant laccrtion ocanique, on parle alors de pre-breakupsalt (comme le soutiennent Evans, 1978 ; Brice et al., 1982 ; Ojeda, 1982 ; Guardado,

    20 Les ges durant lAptien varient dune chelle chronostratigraphique une autre. Nanmoins, il semble y avoir

    concordance sur la dure de formation du sel : plus ou moins 5 Ma.21 Les limites salifres auront des significations diffrentes selon la datation du sel. Dans le cas o le sel est

    pre-breakup , nous pouvons assimiler la limite salifre un isochrone et surtout la limite ocan-continent.Dans le cas dun sel post-breakup , les deux limites ne concident pas.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

    __________________________________16

    Gambo & Lucchesi, 1989 ; Duval, Cramez & Fonck, 1992 ; Davison, 1999 ; in Jackson,Cramez & Fonck, 2000) ou aprs laccrtion ocanique, dfinissant ainsi un post-breakupsalt (hypothse soutenue par Nrnberg & Mller, 1991 ; Guiraud & Maurin, 1992 ; Abreu,1998 ; Fonck, Cramez & Jackson, 1998 ; Karner & Driscoll, 1999 ; Gyrgy Marton et al.,2000 ; in Jackson, Cramez & Fonck, 2000) ? Ces deux coles saffrontent dans ladtermination de la datation du sel. Voici un rsum des arguments proposs :

    I.4.2.1.1 Hypothse dun pre-breakup salt :

    Les arguments pour un pre-breakup salt sont : Le dcalage de la base du sel par le mouvement des blocs basculs, la

    limite prsume de la crote ocanique (fig. I-8), indiquerait que le selstait dpos au moment du rifting. Cet argument est bas sur une

    interprtation (Rouby et al., 2002), que lon ne peut vrifier (absence duprofil sismique correspondant) en ce qui concerne lexistence des blocsbasculs, et fortiori de leur liaison avec les dmes de sel. Pourcomparaison, sur les profils Zaango, lcran salifre (domaine 3) (cf.chapitre III.5.1) est si important quil est difficile dinterprter lesstructures dans cette zone. Le peu dinformation obtenue montre que lesrflecteurs ne sont pas continus mais dcals, et que cela est li aux cranssalifres et des pull-up22.

    Lapparition des premiers systmes marins lAlbien, marquelapprofondissement de la colonne deau et le dbut de la subsidencethermique qui peut tre interprt comme le dbut de lpisode drift

    (daprs les modles dextension). Enfin, la prsence de sel autochtone na jamais t prouve sur la crote

    ocanique (Davison, 1999 : oceanic spreading is believed to have startedimmediately after the salt deposition and so far autochtonous aptien salt

    has not been proven on oceanic crust (Morhiak, com. Pers.) ). Laprsence dune couche de sel empche lobtention dune image nettepermettant de confirmer cet argument.

    I.4.2.1.2 Hypothse dun post-breakup salt :

    Les arguments pour un post-breakup salt sont : La prsence dune discordance la base de la formation la Chela ,

    premire srie marine reconnue (Brognon & Verrier, 1966 ; Giresse, 1982),

    situe juste au-dessous du sel (fig. I-6). Cependant, la srie est de faible

    22 Un pull-up est en sismique rflexion un effet de vitesse, qui dforme limage sismique. Si un corps est rapide,

    les rflecteurs de dessous vont avoir tendance raliser une bosse ou un dcalage au-dessus de ce corps. Ce

    relief est un artefact.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

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    paisseur et recouverte par la srie salifre dpose dans une faible tranchedeau : les conditions de dpt ne sont pas encore rellement en milieumarin ouvert (caractristique de lpisode drift).

    Karner & Driscoll (1999) : in the absence of the an additionnal brittledeformation event along the margin, we predict that continental breackingand the first emplacement of oceanic crust occured at this time (late

    Barremian-early Aptian) . La phase de rift tant considre trecaractrise par une forte activit tectonique (failles normales ou dedtachement) responsable de lamincissement dans les modlesgnralement utiliss, labsence de failles dans les sries mi-barrmienne aptienne est reprsentative selon Jackson et al., (2000), dun dpt post-breakup . Nanmoins, il peut exister des phases de relchement descontraintes extensives durant le rifting. Cet argument nest pas significatif.

    Jackson, Cramez & Fonck (2000) proposent une srie darguments supplmentairespour tayer cette hypothse.

    En utilisant la tectono-stratigraphie du sel, ces auteurs prtendent que lacouche salifre est toujours sus-jacente la break-up unconformity .Selon eux, la break-up unconformity est situe soit la base du sel (encitant Davison, 1999) soit la base de la squence sag23 (en citant Henry &Abreu, 1998). Davison (1999) prsente lexemple du bassin de Pelotas24

    dont le line drawing est comparable celui que nous pouvons observ surla marge angolaise bien que situ plus au Sud. Les donnes montrent une

    discordance qui termine lactivit tectonique des blocs basculs, puis unediscordance rosive observe juste avant le dpt de la premire squencemarine (dfinie par Reyre, 1984) qui devient concordante avec les derniersdpts syn-rift dans le bassin profond. Selon Davison (1999), cettediscordance est lie un uplift de la marge, et la breakup unconformitydbuterait la fin de celui-ci. Aucun argument ne justifie vraiment cettehypothse25, car la fin de luplift peut tre lie une relaxation thermique.Davison (1999) finit par admettre : Oceanic spreading is believed to havestarted immediately after the salt deposition and so far autochtonous aptian

    salt has not been proven on oceanic crust (Morhiak, com. Pers.). However,

    23 Daprs Jackson et al., (2000), dans le bassin de Sergipe Alagoas, la tectono-stratigraphie du sel nest pas

    quivalente aux autres bassins brsiliens ; cette particularit serait lie la notion de propagation du rifting du

    Sud vers le Nord.24 Dans le bassin de Pelotas, le sel est absent, mais il existe cependant une sdimentation particulire (unit lite)

    lie linvasion des eaux lAptien du bassin. Par comparaison avec les bassins brsiliens plus au Nord, o cetteinvasion correspond au dpt du sel, la discordance est donne antrieure au sel.25 Le terme breakup unconformity devra donc tre redfini, lhistoire tant gnralement plus complexe que le

    voudraient les modles.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

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    Karner & Driscoll (1999) suggest that drifting may have initiated in

    Barremian times. .

    Le second argument utilise la tectono-stratigraphie des SDR26. Jackson etal., (2000) supposent que les SDR sont prsents sur toutes les marges delAtlantique Sud (dans le segment sud comme dans le segment central). partir de cette hypothse, si le sel se dpose en position pre-breakup , dela crote ocanique ou des coules basaltiques (issues des SDR) devraientdonc avoir gliss et stre infiltres dans sel le plus distal (fig. I-9). Or cesimages nont jamais t observes sur les marges daprs ces auteurs. Lencore, largumentation est faible car la qualit des donnes sismiques dansla partie distale rend les observations difficiles, et surtout car la prsence de

    SDR nest pas reconnue sur toutes les marges : lexistence de SDR au Sudde la ride de Walvis est reconnue (Bauer et al., 2000) ; au Nord, il nexistepas de preuves dmontrant la prsence de SDR concomitante celle du sel(cf. chapitre I.4.3).

    Le troisime indice est dordre cinmatique, lanomalie M0 disparatraitsous les bassins salifres de Campos, du ct brsilien, et de Cuanza, duct angolais, impliquant une origine ocanique du substratum sous-jacent.Jackson et al. (2000) citent Nrnberg & Mller (1991) pour la position desanomalies magntiques. Ces derniers citent Rabinowitz & LaBrecque(1979) pour la position des anomalies msozoques. Or, dans Rabinowitz &LaBrecque (1979), les anomalies msozoques du bassin de Campos

    napparaissent pas (fig. 2 et 17 de larticle). Les trois sries danomaliesmsozoques du bassin de Campos proviennent dune carte publie parCande & Rabinowitz27 (1976) o elles apparaissent avec un pointdinterrogation (fig. I-10 et I-10b). Du ct africain, aucune anomaliemagntique nest reconnue au Nord de Walvis ; les anomalies M0 utilisespar Nrnberg & Mller (1991) dans le bassin de Cuanza proviennent de larotation des donnes de la plaque brsilienne dtermines, nous venons dele voir, avec une grosse incertitude. La prsence des anomaliesmagntiques, au Nord de la ride de Walvis doit donc tre considre avecprudence et circonspection.

    26 Les SDR (Seaward Dipping Reflectors) sont des panchements volcaniques mis lair libre, lors du rifting.

    Ils sont caractriss par des rflecteurs pents vers la mer, refltant le basculement du substratum lors de la miseen place des coules successives.27 Ces donnes sont pointes avec un point dinterrogation, et le travail dinterprtation des anomaliesmsozoques na jamais t refait dans lAtlantique Sud depuis Rabinowitz & LaBrecque (1979). Depuis, le

    point dinterrogation des trois sries msozoques du bassin de Campos a disparu, et linterprtation des

    anomalies est accepte sans autre contrle.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

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    Jackson et al., (2000) nont finalement que deux vritables arguments pourlhypothse dun post-breakup salt : la dcouverte dun kilomtre de basalte (dgesuppos Barrmien) dans un seul forage du bassin de Cuanza et ltude gochimique du selqui tendrait prouver que le sel potassique a enregistr des interactions hydrothermales avecune roche source qui serait probablement basaltique (Hardie, 1983 ; 1990 ; 1996, in Jackson,Cramez & Fonck, 2000).

    Nous verrons par la suite (cf. chapitre III.5, IV et V) comment intgrer tous ceslments avec les informations donnes par les campagnes ZaAngo.

    I.4.2.2 Les reconstructions cinmatiques au moment du dpt du sel :

    La reconstruction initiale (dont lge varie selon les auteurs) montre un recouvrementdes deux bassins salifres pouvant dpasser 220 km28 : le sel amricain recouvre la cteafricaine au niveau de Moamedes. La reconstruction montre aussi dautres recouvrements etdes trous de la limite salifre du Nord au Sud du segment central (fig. I-11). Lesrecouvrements peuvent tre expliqus :

    soit par un sel allochtone qui se serait dplac sur plusieurs dizaines de km(Duval et al., 1992). Cependant, Jackson, Cramez & Fonck, (2000) indiquent quele dplacement du sel, daprs les sections sismiques, ne dpasse pas 30 km ;

    soit par un saut daxe ou une accrtion asymtrique29 lors de louverture initialede locan Atlantique Sud (Le Pichon & Hayes, 1971) ;

    soit par du sel dpos sur une crote ocanique au sens large (hypothse post-breakup salt ) (Jackson, Cramez & Fonck, 2000). Cette hypothse permetdintroduire des mouvements horizontaux supplmentaires ncessaires pourserrer davantage lassemblage initial.

    I.4.3 Marge volcanique contre marge non volcanique :

    Les marges peuvent tre classes en deux catgories : les marges volcaniques et lesmarges non-volcaniques. Depuis quelques annes, plus la technique dimagerie des structuresprofondes samliore, plus les marges sont considres comme des marges volcaniques.Pouvons-nous attribuer aux marges du segment central la caractristique de volcanique ?

    Aprs une brve dfinition dune marge volcanique et un exemple type, nous discuterons lesarguments permettant de conclure sur cette distinction dans le segment central.

    28 La distance de 220 km de recouvrement des deux bassins salifres est dduite de la reconstruction initiale deNrnberg et Mller, 1991, lanomalie M0.29 Ils reprennent lide de Weissel & Hayes (1971) qui viennent de publier un article sur une accrtion

    asymtrique dans locan Sud-Est Indien.

  • Chapitre I : Zone dtude Etats des lieux

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    I.4.3.1 Dfinition

    Une marge volcanique est caractrise par une forte activit volcanique durant lerifting. Cette forte production magmatique est suppose tre cre par une anomaliethermique et/ou un rifting rapide30. Si la remonte est plus lente et sil ny a pas dapport dechaleur, le croisement de la courbe P/T de la roche avec le solidus sera plus tardif ( faibleprofondeur) ou inexistant : il y aura peu ou pas dactivit volcanique.

    Sensu stricto, on voit que les marges non volcaniques, cest--dire sans aucunemanifestation volcanique, doivent tre bien rare. Cependant, lappellation marge volcaniquedevrait tre rserve aux marges prsentant une forte activit effusive dont une des principalesconsquences est la mise en place de Seaward Dipping Reflector (SDR : cf. note de bas depage n 17). Les marges reconnues dans la littrature comme tant volcaniques sont lesmarges de Norvge (Eldholm et al., 1989), de lEst des Etats-unis (Hoolbrok & Kelemen,1993), du Sud de lAtlantique Sud (Hinz et al., 1999 ; Austin & Uchupi, 1982), et celle duGroenland (Korenaga et al., 2000) que nous prsentons comme coupe type de margevolcanique.

    I.4.3.2 Exemple type : la marge du Groenland

    La marge du Groenland (fig. I-12A) montre une structure typique des SDR. Les SDRsont convexes ; ils plongent vers la mer, depuis une position sub-horizontale prs de lasurface, jusqu 9 30 leur base. Les dimensions dpassent la centaine de kilomtres (150km), lpaisseur atteint les 4 km environ (daprs la sismique rflexion, et selon une tudedinversion tomographique de Korenaga et al., (2000), la crote igne sus-jacente prsenteune paisseur de