Approche conjointe sismologie-géochimie pour contraindre les processus lithosphériques lors d'une rupture continentale : Application à la Divergence Nord Tanzanienne.

par Adeline Clutier

Projet de thèse en Géosciences

Sous la direction de Stéphanie Gautier et de Fleurice Parat.

Thèses en préparation à Montpellier , dans le cadre de GAIA - Biodiversité, Agriculture, Alimentation, Environnement, Terre, Eau , en partenariat avec GM - Géosciences Montpellier (laboratoire) et de Risques (equipe de recherche) depuis le 01-10-2018 .


  • Résumé

    La rupture continentale est un processus tectonique encore mal compris. Il est pourtant essentiel d'identifier les mécanismes impliqués et leurs possibles interactions, car ce processus contrôle la formation de nouvelles limites de plaques, et joue un rôle prépondérant dans la genèse et la localisation de différentes ressources énergétiques (hydrocarbures, géothermie) et de structures actives potentiellement dangereuses pour les populations (séismes, volcans). Les nombreuses études menées ces 15 dernières années se sont essentiellement focalisées soit sur des marges passives jeunes, soit sur le stade final du rifting. Le stade précoce de la rupture est encore méconnu bien qu'il soit fondamental d'étudier les relations entre magmatisme, tectonique et structures héritées pour comprendre la localisation de la déformation, l'activité volcanique et mieux contraindre les aléas géologiques dans ces régions. Pour ces raisons, nous avons choisi de cibler notre étude sur la branche Est du rift Nord Tanzanien, où l'initiation d'un rift magmatique en est à son stade le plus précoce (<5Ma), où les interactions entre failles et magmas sont aisément identifiables, et où les interactions avec des structures pré-rift sont abondantes. Plusieurs projets auxquels nous avons activement participés se sont développés en Géosciences dans cette région ces dernières années (INSU SEISMOTANZ (PI. J. Deverchere), ANR CoLiBrEA (PI. C. Tiberi), NSF CRAFTI (PI. C. Ebinger)). L'objectif est d'identifier et de contraindre les facteurs contrôlant la répartition des structures actives (failles, volcans) et le déclenchement de crises sismo-volcaniques. En particulier, les données géophysiques et géochimiques collectées dans cette région mettent en évidence des systèmes très contrastés avec d'un côté, un système très actif, lieu de crises sismo-volcaniques violentes localisées dans la croûte supérieure (type Lengai) et, de l'autre, des systèmes bien développés, plus anciens (actif depuis 2 Ma) avec des évidences d'activité historique, des volumes de magma conséquents et un potentiel sismogène important, où risque naturel et vulnérabilité sociétale sont importants. D'un point de vue méthodologique, les images tomographiques (Vp/Vs) récemment obtenues dans cette région sont en accord avec les données de pétro-géochimie, ce qui suggère la bonne complémentarité de ces outils pour décrire la dynamique des processus magmatiques dans cette région, et en particulier la distribution des magmas en profondeur. Cette disparité géographique soulèvent des questions fondamentales concernant la géodynamique : Quelles en sont les causes? Quelle est l'influence du bloc Masai et du craton tanzanien sur la répartition de cette déformation? Existe-t-il des interactions entre zones à faibles vitesses crustales et mantelliques? Quelle est l'origine des zones de vitesse lente (gaz, fluides, composition)? De plus, nos résultats mettent en évidence un axe de sismicité NW-SE qui traverse la vallée du rift pour s'orienter vers le volcan Meru, à proximité du plus grand centre urbain de la région (Arusha, >400 000 hab.). La seule tomographie locale disponible dans la région du Meru semble suggérer une zone anormalement lente sous l'édifice volcanique. Ces données ne sont cependant pas suffisantes pour discuter de l'activité actuelle de ce volcan ou des liens possibles avec la sismicité observée plus à l'ouest. Cette diversité des processus impacte directement les populations locales et leur environnement. Une meilleure caractérisation des processus contribuera donc à une meilleure définition des aléas qui sera alors prise en compte pour établir la géographie du risque. Cette étape est fondamentale pour améliorer la gestion du territoire dans cette région (risques naturels, infrastructures, agriculture). L'ensemble de ces questions fait l'objet du projet pluridisciplinaire HATARI, qui réunit des partenaires en géosciences, sciences humaines et environnementales, et qui vise à étudier l'impact des aléas géologiques sur les écosystèmes dans cette région. Le doctorant travaillera donc dans le cadre de ce projet. Il bénéficiera des collaborations nationales et internationales déjà mises en place et des données déjà disponibles. Le doctorant participera également aux missions de terrain géophysiques, à la collecte des échantillons ainsi qu'aux analyses de ces données. Dans ce contexte, le but de la thèse sera d'améliorer la compréhension des processus dynamiques dans cette région et, en particulier, de comprendre l'origine de la variabilité spatiale et temporelle de la sismicité et du magmatisme. Pour cela nous proposons de poursuivre l'approche originale déjà initiée dans ce projet qui consiste à combiner les données sismologiques et pétro-géochimiques. Cette approche permettra de mieux contraindre les relations entre sismicité et magmatisme dans la localisation de la déformation et d'observer l'influence des structures héritées ou des structures mantelliques. D'un point de vue méthodologique, l'objectif de la thèse sera également d'approfondir cette approche couplée sismologie-géochimie pour voir comment il est possible d'extraire de l'information supplémentaire des images tomographiques, notamment en termes de contenu en fluides ou de variations de composition. Il s'agira alors de relier les vitesses sismiques aux propriétés pétro-physiques via des expériences en laboratoire sur des échantillons ou des modélisations numériques basées sur les compositions géochimiques. A terme, cette interprétation couplée pourrait conduire à une imagerie originale, en 3D, du système de plomberie magmatique dans cette région. Le ou la candidate devra donc pouvoir travailler tant en géophysique qu'en pétrologie, posséder des notions de physique et de géologie solides pour pouvoir s'intégrer dans une équipe pluri-disciplinaire. Une bonne connaissance des outils informatique sera appréciée.

  • Titre traduit

    Joint analyses of seismological and geochemical data to constrain the continental lithosperic breakup : Application to the North Tanzanian Divergence.


  • Résumé

    The purpose of this thesis is to proceed to geophysical and geochemical analyses in order to constrain the lithospheric and crustal processes involved in contiental rifting. This subject is highly mutlidisciplinary and will request strong knowledges in both geophysics and geology.