Interactions lithosphère – asthénosphère et mouvements verticaux : le cas du massif du Hoggar

par Sylvain Rougier

Thèse de doctorat en Sciences de la terre

Sous la direction de Hermann Zeyen.


  • Résumé

    La topographie de l’Afrique du Nord est marquée en domaine intraplaque par des bombements topographiques importants, associés à du magmatisme cénozoïque. Le Bouclier Touareg, un de ces bombements, est constitué d’un socle précambrien structuré à l’orogénèse panafricaine et culminant à plus de 2400 m d’altitude. Les séries paléozoïques affleurent actuellement sous forme de cuestas autour de ce bombement topographique. Localement, des témoins sédimentaires d’âge présumé crétacé, en discordance sur le socle précambrien, traduisent l’affleurement de celui-ci au Mésozoïque. Le volcanisme cénozoïque, qui se met également en place sur le socle, est actif entre 35 Ma et aujourd’hui. Afin de mieux contraindre l’évolution du Bouclier Touareg durant le Phanérozoïque, nous avons mené deux études : des travaux de modélisation géophysique, et une étude de thermochronologie basse température. L’étude géophysique a consisté en la modélisation de quatre profils longue distance permettant d’imager la structure lithosphérique. Nous avons montré que le bombement du Hoggar est actuellement soutenu par un important amincissement lithosphérique. En outre, nous avons estimé que sans cet amincissement, la topographie serait négative : le bassin ainsi reconstitué avant amincissement de la lithosphère aurait permis le dépôt d’une couverture sédimentaire d’épaisseur plurikilométrique. L’étude de thermochronologie basse température s’est portée sur deux méthodes : les analyses de traces de fission sur apatite, et les analyses (U-Th)/He sur apatite. Les analyses (U-Th)/He ont montré que le socle du Bouclier Touareg, avant d’avoir subi une importante exhumation à l’Eocène Supérieur, étant enseveli sous une couverture sédimentaire et chauffé à approximativement ~80°C. Les analyses de traces de fission ont permis de préciser que cette phase de chauffe, probablement sous couverture sédimentaire, du Bouclier Touareg a eu lieu entre 100 et 50 Ma. Ainsi, le bombement du Hoggar constituait probablement un bassin sédimentaire de grande dimension au cours du Crétacé supérieur/Paléocène. Ces résultats nous ont permis de discuter des mécanismes géodynamiques possiblement actifs durant le Cénozoïque. Nous proposons que le bombement actuel du Bouclier Touareg, ainsi que son magmatisme, soient liés à des perturbations thermiques des parties superficielles de l’asthénosphère. Ces perturbations seraient induites par d’importantes variations d’épaisseur de la lithosphère saharienne, et pourraient expliquer la présence d’autres bombements en Afrique du Nord.

  • Titre traduit

    Lithosphere - asthenosphere interactions and vertical movements : the Hoggar mountains case


  • Résumé

    The North-African intraplate topography is underlined by massive topographic swells associated with Cenozoic volcanism. The Tuareg Shield, which is one of these swells, consists of Precambrian basement which has been structured by the Pan-African orogeny and reaches currently an altitude of 2400 m. The Paleozoic sedimentary series are outcropping as important cuestas surrounding the topographic swell. Locally, some Mesozoic sedimentary remnants, lying unconformably over the basement, testify of its exposure during the Mesozoic. The Cenozoic volcanism, which is also taking place on the basement, shows ages from 35 Ma to Quaternary. In order to improve the knowledge of the Phanerozoic evolution of the Tuareg Shield, we performed two separated studies: geophysical modelling works, and a low temperature thermochronology study. The geophysical study consisted of the modelling of four long-distance profiles allowing imaging the lithospheric structure. We have shown that the Tuareg Shield swell is currently sustained by a strong lithospheric thinning. Moreover, we have estimated that without this thinning, the topography would be negative and that such basin, prior to thinning, would have allowed the deposition of a plurikilometric sedimentary cover. The low temperature thermochronological study has focused on two methods: apatite fission-track analysis, and apatite (U-Th)/He analysis. The latter shown that the Tuareg Shield, before an important Late Eocene exhumation, was buried under a sedimentary cover and heated at ~80°C. The fission-track analyses have shown that this heating stage of the Tuareg Shield, related to burying, occurred from 100 and 50 Ma. Thus, the Tuareg Shield was probably a wide scale sedimentary basin during the Upper Cretaceous – Paleocene. These results allowed us to discuss the geodynamic mechanisms potentially active during the Cenozoic. We proposed that the current doming of the Tuareg Shield, as well as its volcanism, were related to thermal perturbations of the shallower levels of the asthenosphere. These instabilities would have been generated by strong Saharan lithospheric thickness variations, and could explain the presence of others swells in North Africa.


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