Les mouvements verticaux de Madagascar (90 - 0 Ma) : une analyse couplée des formes du relief et de l'enregistrement sédimentaire des marges ouest malgaches

Vertical movements of Madagascar (90 - 0 Ma) : a coupled analysis of relief morphology and sedimentary record of western Madagascar margins.

• Auteur / Autrice : Antoine Delaunay
• Direction : Cécile Robin, François Guillocheau
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences de la terre et de l'environnement
• Date : Soutenance le 16/03/2018
• Etablissement(s) : Rennes 1
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Écologie Géosciences Agronomie Alimentation (Rennes ; 2016-2022)
• Partenaire(s) de recherche : ComuE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Géosciences (Rennes)

Mots clés

Mots clés contrôlés

Relief (géographie)

Sédimentologie

Géomorphologie

Stratigraphie

Mots clés libres

Madagascar

Morondava

Géologie

Océan Indien

Stratigraphie

Mouvements verticaux

Géomorphologie

Madagascar

Morondava

Margin Stratigraphy

Source to Sink

Uplift

Résumé

Madagascar est un lambeau de croûte continentale archéenne à néoproterozoïque entouré de marges transformantes, obliques et divergentes : la marge oblique du bassin de Morondava à l’Ouest, bornée par la ride de Davie, et au Nord, la marge divergente du bassin de Majunga connectée au bassin de Somalie. Cette île de 1600 kilomètres de long est composée d’un plateau axial archéen-protérozoïque entre 1200 et 1800m d’altitude, bordé de tous côtés par des bassins sédimentaires. Le sommet du plateau correspond à des surfaces d’aplanissement altérées, délimitées par des escarpements plus ou moins marqués. L'altitude des hauts plateaux traduit l'existence de processus mantelliques, mais la cinétique et l'origine du relief malgache est mal comprise. Peu d'études ont étudié les domaines non orogéniques dans leur intégralité terre-mer, depuis le bassin versant en érosion jusqu'aux marges en sédimentation, et aucune d'entre elles ne porte sur Madagascar. Ce travail de thèse repose donc sur une double approche: une analyse géomorphologique des formes du relief (surfaces d'aplanissement) à terre, basée sur leur (i) cartographie, (ii) chronologie relative, (iii) relation avec les profils d'altération et (iv) datation au moyen des placages sédimentaires et du volcanisme daté qui les scellent; une analyse stratigraphique de l'intervalle post-rift des marges, basée sur l'interprétation de données de sub-surface (puits et lignes sismiques), lesquelles ont été réévaluées en âge (biostratigraphie), pour (i) identifier, dater et mesurer les déformations des marges et de leur relief en amont, (ii) mesurer les flux silicoclastiques, produits de l'érosion continentale. Un calendrier et une cartographie des déformations ont été obtenus sur les marges et mis en relation avec les différentes générations de surfaces d'aplanissement étagées caractérisant le relief malgache. Au Crétacé supérieur, une flexuration de l'île est initiée au sud, à grande longueur d'onde, autour de ~94 Ma. Cette déformation est scellée par la mise en place d'une surface d'aplanissement non déformée mise en place entre 80 et 66 Ma. Durant le Paléocène jusqu’à l'Eocène supérieur (66 à 20 Ma), Madagascar est une île relativement plate, de faible altitude, entourée de larges plateformes carbonatées. Ce relief est largement altéré avec la croissance de nombreux profils latéritiques et les influx silico-clastique dans les bassins sont alors relativement faibles. Le Miocène moyen à supérieur correspond au paroxysme de la surrection et de la déformation avec (1), le basculement de la marge ouest (Morondava), (2) une augmentation du flux de sédimentation silicoclastique depuis le Miocène moyen et (3) la mise en place d’une succession de quatre surfaces d’aplanissement correspondant à des pics d'intensité de la déformation. Le résultat de cette surrection est la morphologie en dôme de l’île de Madagascar (avec un plateau central) marquée par la forme concave de la surface crétacé supérieure altérée à l’Eocène. Le mécanisme de la surrection doit prendre en compte une déformation de très grande longueur d’onde (x 1000 km), forcément liée à la dynamique mantellique. Les relations avec les dômes d’Afrique de l’Est (Ethiopie, Afrique du Sud) sont discutées.

Madagascar is an Archean to Neoproterozoic continental crust surrounded by transform, oblique and divergent margins: the transform Morondava basin to the west, pounded by the Davie Fracture Zone, and to the north, the divergent Mahajanga Basin connected to the Somali Oceanic Basin. This 1600 km long island is a high axial plateau with elevations from 1200 to 1800m. The top of the plateau corresponds to weathered planation surfaces (etchplains), bounded by more or less high scarps. Such elevation of the high axial plateau imply mantle processes, but the age and cinetic of the uplift is still poorly known. Few studies dealt with anorogenic domains in their entirety from the catchment area, the source, to the downstream depositional system, the sink, none of which is about Madagascar. This work lies on a double approach : it is onshore based on the analysis of the macroforms (planation surfaces, etchplains, pediments) throughout their (i) mapping, (ii) relative dating, (iii) relationships with weathering profiles and (iv) dating by their intersection with preserved sediments and volcanism (lava flow and intrusions). offshore, it is based on the interpretation of a dataset of seismic lines and industrial wells, coupled with refreshed biostratigraphy, in order to (i) identify, date and measure vertical movements of the margins and upstream reliefs. Chronology and mapping of vertical movements were defined on the Morondava margin and compared with the onset of the stepped planation surfaces typical of Madagascar topography. During Upper Cretaceous, the southern part of the island is uplifted, at ~94 Ma. This deformation is sealed by the onset of an undeformed planation surface between 80 and 66 ma. From Paleocene to Upper Eocene (66 to 20 Ma), Madagascar is a flat, low elevated island, surrounded by wide carbonate platforms. The relief is highly weathered with growth of lateritic profiles and silico-clastic influx within the basin is low. During Middle to Upper Miocene is the uplift and doming paroxysm with (1), tilt of the western margin (Morondava), (2) increase of silico-clastic influx from Middle Miocene and (3 the onset of four planation surfaces associated to deformation paroxysms. The end result of this uplift is a convex up shape pattern for the end Cretaceous surface weathered during Eocene times, creating the present-day dome morphology (with a central plateau) of Madagascar. The mechanism of this uplift has to explain a very long wavelength deformation (x1000 km) necessary due to mantle dynamics. The relationships with the other East African domes (Ethiopia, East Africa, South Africa) are discussed.